DE69231533T2

DE69231533T2 - Datenkommunikationsnetz

Info

Publication number: DE69231533T2
Application number: DE69231533T
Authority: DE
Inventors: Richard Norman Ames; Victor Stuart Moore
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1991-08-19
Filing date: 1992-08-13
Publication date: 2001-05-31
Anticipated expiration: 2012-08-14
Also published as: KR950012826B1; CA2068009A1; KR930005389A; DE69231533D1; TW222729B; JPH07105976B2; BR9202899A; JPH05227086A; EP0528639A3; US5410732A; CA2068009C; CN1072297A; EP0528639B1; CN1034978C; EP0528639A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein zellulare Netzwerke, die zur Durchführung von digitalen Übertragungen über einen großen geografischen Bereich mittels Hochfrequenz- (HF-)Verbindungen verwendet werden, welche einen einzigen zugewiesenen Kanal oder eine einzige zugewiesene Frequenz gemeinsam benutzen.
Zellulare Funktelefonnetzwerke, die Übertragungsdienste über einen vorher festgelegten geografischen Bereich bereitstellen, der in Zonen unterteilt ist, die manchmal als "Zellen" bezeichnet werden, sind bekannt. Jede Zelle enthält typischerweise eine Vielzahl von Basisstationen und zugehörigen Antennen, die sich an jeder Basisstation befinden, um Nachrichtensignale zwischen einer bestimmten Basisstation und Teilnehmerfunkgeräten zu senden und zu empfangen, die manchmal als "Endgeräte", "Mobilfunktelefone", "Funktelefone", "Datenfunkgeräte" und dergleichen bezeichnet werden und sich in einer bestimmen Zelle befinden oder diese durchqueren.
Jede Basisstation in einer bestimmten Zelle kommuniziert typischerweise mit einer allgemeinen Übertragungssteuereinheit (einer "GCC"), welche die Funktion eines zentralisierten Steuermechanismus zur Koordination von Übertragungen zwischen den Teilnehmerfunkgeräten in einer bestimmen Zelle und einem Hostrechner hat, der oftmals an ein Telefonvermittlungsnetzwerk angeschlossen oder Teil eines solchen Netzwerks ist.
Ein Beispiel für ein solches System im kommerziellen Gebrauch ist das Advanced Radio Digital Information System ("ARDIS"), das gemeinsam von Motorola Inc. und der International Business Machines Corporation entwickelt wurde. Ein ganz bestimmtes Beispiel eines solchen Systems ist in den US-Patentschriften Nr. 4 550 443 und 4 850 032 von Freeburg und in vielen anderen Fachveröffentlichungen und Patentschriften beschrieben.
Bei ARDIS werden HF-Verbindungen zwischen den verschiedenen Endgeräten in einer bestimmten Zelle und den Basisstationen innerhalb dieser Zelle dynamisch hergestellt, sobald ein Bedarf an Übertragungsdiensten und -ressoucen entsteht.
Viele der vorstehend erwähnten Fachveröffentlichungen und Patentschriften sind das Problem angegangen, in welcher Weise eine Vielzahl von gleichzeitigen digitalen Übertragungen unterstützt werden kann, die zufällig versuchen, die einzige Frequenz (die hier auch als der gemeinsam benutzte Kanal bezeichnet wird) zu nutzen, die gewöhnlich für einen vorher festgelegten geografischen Bereich zugeordnet ist. Dies ist beispielsweise in der US-Patentschrift Nr. 4 866 788 von Mouly u. a. der Fall, die einen Prozess zur Steuerung der erneuten Übertragung von Nachrichten von Sendestationen beschreibt, die zu einem zellularen System gehören.
Der von Mouly u. a. gelehrte Prozess beruht auf der Erkenntnis, dass die Wahrscheinlichkeit, dass eine Anforderungsnachricht für die Nutzung eines gemeinsam benutzten Kanals erneut übertragen werden muss, von dem Zustand des gemeinsam benutzten Kanals und der Leistung abhängt (eine Funktion davon ist), welche die Basisstation von den sendenden Teilnehmerfunkgeräten empfängt. Die Sendeleistung der Teilnehmerfunkgeräte wird an der Basisstation gemessen und von der Basisstation gesteuert, um das Verkehrsaufkommen zu beeinflussen, bei dem versucht wird, zu einem bestimmten Zeitpunkt auf den gemeinsam benutzten Kanal zuzugreifen.
Der von Mouly u. a. gelehrte Prozess ist ein Beispiel dafür, wie die Bewertung des Leistungspegels eines Signals, das von einem Teilnehmerfunkgerät gesendet wird, bei der Durchführung von Netzwerksteuerungsfunktionen genutzt werden kann. Mouly u. a. erläutern beispielhaft auch ein System, in dem zusätzlicher Aufwand für die Bewertung des Leistungspegels auf der Basisstationsebene einer Netzwerkhierarchie getrieben wird, um den Prozess durchzuführen, welcher in der in Bezug genommenen Schrift beschrieben wird.
Weitere Beispiele dafür, wie zusätzlicher Aufwand zur Bewertung des Leistungspegels getrieben wird, um Verfahren zur dynamischen Anpassung des Leistungspegels zu unterstützen, die in Funktelekommunikationsnetzwerken angewendet werden, um Netzwerksteuerungsfunktionen durchzuführen und "Kollisionen" in Bezug auf die Verwendung eines gemeinsam benutzten Kanals usw. auf ein Minimum herabzusetzen, sind in der US- Patentschrift Nr. 4 512 033 von Schrock, in der US- Patentschrift Nr. 4 613 990 von Halpern und in der zuvor erwähnten US-Patentschrift Nr. 4 550 443 von Freeburg beschrieben.
Schrock beschreibt eine Schaltung, die in einem verallgemeinerten bidirektionalen Übertragungssystem verwendet wird, wobei sich die Schaltung an jedem einer Vielzahl von fernen Endgeräten befindet, um auf extern erzeugte Leistungspegel-Anpassungssignale zu antworten. Mit den extern erzeugten Leistungspegel-Anpassungssignalen wird eine Vielzahl von fernen Endgeräten gesteuert, die an ein Hauptendgerät angeschlossen sind.
Halpern ist ein Beispiel für den Stand der Technik, das die Durchführung von Messungen des Leistungspegels auf der Ebene der festen Basisstation einer Netzwerkhierarchie lehrt, um die Leistung von Funktelefonsendegeräten dynamisch zu steuern.
Weder die in Bezug genommene Schrift von Schrock noch die von Halpern setzt sich mit dem Problem der Verwaltung und/oder Verringerung des zusätzlichen Aufwands in Verbindung mit dem Nachrichtenverkehr auf der "Aufwärtsverbindung", d. h. des zusätzlichen Aufwands, der mit dem Nachrichtenverkehr verbunden ist, welcher von den fernen Endgeräten zu einem Hostrechner fließt, insbesondere in Situationen, in denen eine von einem einzigen Endgerät gesendete Nachricht zu einer Vielzahl von Nachrichten auf der Aufwärtsverbindung führen kann, auseinander. Dieses Phänomen tritt immer in Erscheinung, wenn sich ein Sendeendgerät innerhalb des Bereichs von zwei oder mehr der Vielzahl der Basisstationen befindet, die typischerweise innerhalb eines bestimmten Zellenstandorts liegen.
Die US-Patentschrift Nr. 4 550 443 von Freeburg stellt ein System vor, das in der Lage ist, den vorstehend erwähnten Nachrichtenverkehr auf der Aufwärtsverbindung abzuwickeln; wie jedoch nachstehend erklärt werden wird, ist der zusätzliche Aufwand, der in Verbindung mit dem Nachrichtenverkehr auf der Aufwärtsverbindung getrieben wird, beträchtlich und wirkt sich möglicherweise nachteilig auf den Nachrichtendurchsatz auf der Aufwärtsverbindung aus.
Die in Bezug genommene Schrift von Freeburg (US-Patentschrift Nr. 4 550 443) beschreibt ein Datenübertragungssystem, das einen geografischen Bereich abdeckt, der in eine Vielzahl von Zellen unterteilt ist, und eine allgemeine Übertragungssteuereinheit (GCC), eine Vielzahl von Kanalübertragungsmodulen (CCMs oder Basisstationen), eine Gruppe von Sender- und Empfängerpaaren, von denen jedes einer bestimmten Basisstation zugeordnet ist, und eine Vielzahl von tragbaren Endgeräten enthält. Datensignale, die in Informationspaketen enthalten sind, die auch Steuersignale enthalten, werden zwischen det GCC und den tragbaren Endgeräten über einen Funkkanal übertragen (die Datensignale werden hier auch als der "Datenteil" eines Pakets bezeichnet). Bei jedem Empfang eines Pakets von einem tragbaren Endgerät führt jede Basisstation eine Messung der Signalstärke durch.
Bei Systemen, die dem System ähnlich sind, das in den in Bezug genommenen Schriften von Freeburg gelehrt wird, die vorstehend erwähnt wurden, erfasst die GCC die Signalstärkemesswerte von den Basisstationsempfängern, und alle Pakete, die von den verschiedenen Basisstationen empfangen werden (sogar doppelte Nachrichten, die von einem bestimmen Endgerät empfangen werden), werden an die GCC weitergeleitet.
Die GCC berechnet dann eine angepasste Signalstärke für jedes Eingangssignal und wählt das Eingangssignal aus, das die größte angepasste Signalstärke aufweist, um den Standort des tragbaren Funkgeräts zu ermitteln, welches das Paket übertragen hat. Die GCC sendet das zu dem stärksten Signal gehörende Paket an den Host, nachdem sie festgestellt hat, dass das Paket gültige Daten enthält, wie nachfolgend erklärt werden wird. Außerdem notiert sich die GCC die Kennung (ID) des aus Endgerät/Basisstation bestehenden Paares, welches das stärkste Signal geliefert hat.
Immer wenn die GCC danach eine Nachricht an ein tragbares Endgerät überträgt, ist die Basisstation, die zu der vermerkten Kennung des aus Endgerät/Basisstation bestehenden Paares gehört, die Basisstation, die ausgewählt wird, um die HF-Verbindung zum Endgerät herzustellen. Anders ausgedrückt, die Basisstation, die den Bereich abdeckt, der die größte angepasste Signalstärke bei der letzten Übertragung von dem tragbaren Zielendgerät aufweist ist bei dem Versuch, auf der "Abwärtsverbindung" (d. h. vom Host oder der GCC zum Endgerät) zu kommunizieren, die erste Wahl.
Da die GCC unter Verwendung von interferenzfreien Basisstationssendern gleichzeitig Nachrichtensignale an tragbare Funkgeräte in anderen Teilen der Zelle übertragen kann, wird der Durchsatz von Informationen auf der Abwärtsverbindung in Systemen, die ähnlich dem von Freeburg gelehrten System sind, erheblich verbessert.
Die vorstehend beschriebene, in Bezug genommene Schrift von Freeburg (US-Patentschrift Nr. 4 550 443) ist ein Beispiel für ein Verfahren zur Anpassung des Leistungspegels, das die Größe der Sende-"Zonen" von Basisstationssendern beeinflusst. Dieses Verfahren zur Anpassung des Leistungspegels dieser Sender macht es einfacher, zu einem beliebigen Zeitpunkt mit mehr als einem Endgerät in einer bestimmten Zelle (abwärtsgerichtet) zu kommunizieren.
Obwohl die Größe der Sendezonen zum Zweck der Übertragung auf der Abwärtsverbindung so gestaltet werden kann, dass sie einander nicht überlappen, leiden Übertragungen auf der Aufwärtsverbindung in einer bestimmten Zelle mit einer Vielzahl von Basisstationen nach wie vor unter den vorstehend erwähnten Problemen des zentralen zusätzlichen Aufwands in Verbindung mit zwei oder mehr Antennen innerhalb einer Zelle, die Signale aufnehmen, welche zu einem beliebigen Zeitpunkt von einem bestimmten Endgerät übertragen werden.
Folglich sind auf der Basisstationsebene der Netzwerkhierarchie nicht nur Geräte notwendig, um die Signalstärke für jede von einem tndgerät empfangene Nachricht zu ermitteln, sondern die GCCs in Systemen, die ähnlich dem von Freeburg beschriebenen System sind, sind auch gezwungen, zusätzlichen Aufwand zu treiben, um diejenigen der empfangenen und von einem einzelnen Endgerät erzeugten Pakete auszusortieren, welche an den Hostrechner weitergeleitet werden sollen. Das bedeutet, dass die GCC feststellen muss, welche der empfangenen Pakete das stärkste empfangene Signal ergaben, die Kennung der Basisstation (und des Sendeendgeräts) vermerken muss, die das Signal empfangen hat, um den besten Pfad anzugeben, der für Rückübertragungen auf der Abwärtsverbindung an das Sendeendgerät verwendet werden soll, und die Gültigkeit der Pakete feststellen muss, die von den verschiedenen Basisstationen empfangen wurden, bevor sie ein Paket zur Weiterleitung an den Hostrechner auswählt.
Um die Gültigkeit von empfangenen Paketen festzustellen, werden auf der Basisstationsebene einer Netzwerkhierarchie häufig Verfahren der zyklischen Blockprüfung (CRC) angewendet, die dem Fachmann bekannt sind. Eine Gültigkeitsangabe wie die Angabe der Signalstärke wird in die Pakete aufgenommen, die an die GCC geleitet werden, welche bei den vorstehend erwähnten Feststellungen, ob die Pakete gültig sind, wieder zusätzlichen Aufwand treiben muss.
Es sei erwähnt, dass das stärkste Signal, das von einer Basisstation empfangen und an die GCC geleitet wird, fragwürdige Daten enthalten kann. In diesem Fall ist es nicht wünschenswert, das stärkste Signal an den Hostrechner weiterzuleiten. Die GCC würde die fragwürdigen Daten typischerweise zugunsten eines empfangenen schwächeren Signals hinauswerfen, solange das schwächere Signal ein Paket enthält, das beispielsweise eine CRC-Prüfung oder eine andere Gültigkeitsprüfung besteht, die festgelegt wird, um eine korrekte Datenübertragung im Netzwerk nachzuweisen.
Alle der derzeit bekannten Hochfrequenz- Datenübertragungsnetzwerke verwenden eine GCC oder eine ihr gleichwertige Einheit, um sicherzustellen, dass eine qualitativ hochwertige Nachricht an den Hostrechner weitergeleitet wird und um Steuerinformationen für die Abwärtsverbindung aufzuzeichnen, die bei der Rückübertragung von Informationen vom Host oder der GCC an ein bestimmtes Endgerät verwendet werden sollen. Der Fachmann kann ohne weiteres verstehen, dass dort, wo selbst eine einzige Nachricht, die von einem bestimmten Endgerät gesendet wird, dazu führt, dass die GCC (1) die Signalstärke von einer Gruppe empfangener Pakete auswerten und (2) das qualitativ hochwertigste Signal aus der Gruppe der Pakete ermitteln muss usw., sich das vorstehend erwähnte Problem der GCC in Form des zusätzlichen Aufwands schnell verschärft, wenn viele Nachrichten von einem bestimmten Endgerät übertragen und/oder Nachrichten von einer Vielzahl von Endgeräten innerhalb einer bestimmten Zelle gleichzeitig übertragen werden.
Folglich wäre es wünschenswert, den von der GCC getriebenen Aufwand bei der Auswertung von Signalstärkemessungen, der Steuerung von Übertragungen auf der Aufwärtsverbindung und der Feststellung der Qualität von einer Gruppe von Paketen, die von einer Vielzahl von Basisstationen empfangen werden, so klein wie möglich zu halten, wobei sich die Gruppe der Pakete auf die Übertragung einer einzigen Nachricht von einem bestimmten Endgerät bezieht. Wie vorstehend erwähnt wurde, wird der Wunsch, den Aufwand der GCC zu diesen Zwecken so klein wie möglich zu halten, in der Praxis noch dringlicher, wo mehrere Kopien einer Vielzahl von Nachrichten von den Basisstationen, die sich in einer bestimmten Zelle befinden, in eine GCC eingegeben werden.
In dem Artikel "Cellular Packet Communications" von D. J. Goodman, IEEE Transactions on Communications, Band 38, Nr. 8, August 1990, wird die "dritte Generation" der drahtlosen Übertragung vorgestellt, die eine Art Dezentralisierung der Operationen von der GCC hin zu den einzelnen Endgeräten realisiert und den zusätzlichen Aufwand der GCC verringert, indem sie die einzelnen Endgeräte die Basisstation ermitteln lässt, die das jeweilige Endgerät an dessen derzeitigem Standort am besten bedienen kann. Es wäre wünschenswert, auf der Grundlage der Signalstärke das optimale Paar aus Endgerät und Basisstation auf Endgeräteebene festzustellen. Dies gilt insbesondere, da die Endgeräteseite der Verbindung zwischen Endgerät und Basisstation aufgrund von bestimmten Faktoren, wie zum Beispiel der Tatsache, dass die Endgeräte häufig mobil sind, die Netzgeräte der Endgeräte typischerweise weniger zuverlässig als die von den Basisstationen verwendeten Netzgeräte sind usw., das schwächste Glied in der Netzwerkhierarchie ist.
Die Europäische Patentanmeldung EP-A-528522 legt ein System mit einer Vielzahl von fernen Endgeräten offen, die mit einer Vielzahl von Basisstationen kommunizieren. Jede Basisstation überwacht die Anzahl der fernen Endgeräte, die sie hören kann, und entscheidet auf der Grundlage der Signalstärke, der Anzahl der angeschlossenen Benutzer und des Versorgungsbereichs der Basisstation, welche Basisstation mit einem bestimmten fernen Endgerät verbunden werden soll, und benachrichtigt daraufhin eine Übertragungssteuereinheit.
Es wäre jedoch wünschenswert sicherzustellen, dass selbst dort, wo jede einzelne einer Vielzahl von Basisstationen ein Paket empfängt, das von einem bestimmten Endgerät gesendet wird, nur ein einziges gültiges Paket von nur einer der Basisstationen in einer bestimmten Zelle (für Transaktionen auf der Aufwärtsverbindung) an die GCC gesendet wird. Dies würde den zusätzlichen Aufwand der GCC beträchtlich verringern, da die GCC bei jedem Empfang eines Pakets von einer Basisstation das bereits für gültig erklärte Paket einfach an den Hostrechner weitergeben würde.
Es wäre ebenfalls wünschenswert, den Bedarf an Leistungspegel- (Signalstärke-)Messgeräten auf der Basisstationsebene in der Netzwerkhierarchie zu verringern. Wie vorstehend erwähnt wurde, werden solche Geräte derzeit eingesetzt, um zuverlässige Übertragungen auf der Aufwärtsverbindung zu erzielen und der GCC die Auswahl eines geeigneten aus Endgerät und Basisstation bestehenden Paares für Übertragungen auf der Abwärtsverbindung zu ermöglichen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das die oben erwähnten Nachteile mildert.
Einem Aspekt der Erfindung entsprechend wird ein Datenübertragungsnetzwerk (100) von dem Typ bereitgestellt, in dem Pakete aus digitalen Informationssignalen zwischen einer allgemeinen Übertragungssteuereinheit (GCC) (101) und mindestens einem Endgerät ausgetauscht werden, das sich innerhalb eines vorher festgelegten geografischen Bereichs befindet, wobei das Datenübertragungsnetzwerk Folgendes enthält:
eine Vielzahl von Basisstationen (102), zu denen eine Zielbasisstation und eine Nicht-Zielbasisstation gehören, von denen jede mit der allgemeinen Übertragungssteuereinheit (GCC) (101) verbunden ist, um Signale über den vorher festgelegten geografischen Bereich zu senden und zu empfangen;
einen einzigen Kanal, der von dem mindestens einen Endgerät und der Vielzahl der Basisstationen gemeinsam benutzt wird, über den Übertragungen zwischen dem mindestens einen Endgerät und der Vielzahl der Basisstationen (102) durchgeführt werden können;
wobei das mindestens eine Endgerät Folgendes enthält:
ein Mittel, um eine optimale Basisstation der Vielzahl der Basisstationen (102) zur Kommunikation über den Kanal dynamisch auszuwählen;
wobei das Datenübertragungsnetzwerk des Weiteren ein Mittel enthält, um ein von der Nicht-Zielbasisstation empfangenes Paket nur an die allgemeine Übertragungssteuereinheit (GCC) (101) weiterzuleiten, wenn das Paket gültig ist und weder von der Zielbasisstation noch von einer beliebigen anderen der Vielzahl der Basisstationen (102) an die allgemeine Übertragungssteuereinheit (GCC) (101) weitergeleitet worden ist.
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Endgerät des Weiteren Mittel, um ein Kennungssignal eines aus Endgerät/Basisstation bestehenden Paares in Pakete aufzunehmen, die von dem Endgerät an die GCC übertragen werden, sobald es eine Basisstation zur Kommunikation ausgewählt hat.
Die GCC vermerkt dann die Kennung des aus Endgerät/Basisstation bestehenden Paares für jedes Paket, das sie von der Endgeräteseite des Netzwerks empfängt, und sendet mindestens den Datenteil eines jeden so empfangenen Pakets an einen Hostrechner. Folglich muss die GCC weder die Signalstärke des Pakets noch Informationen über die Gültigkeit der Daten auswerten oder ermitteln. Die vermerkte Kennung des Paares kann dann dazu verwendet werden, die gewählte Wegeführung in Abwärtsübertragungsrichtung zwischen Endgerät und Basisstation auszuweisen (bis sich beispielsweise das Teilnehmerfunkgerät aus dem Bereich der Basisstation herausbewegt und das Funkgerät dynamisch feststellt, dass eine andere Basisstation ein geeigneterer Pfad für den Austausch von Informationen mit dem Rest des Netzwerks ist usw.).
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden an Paketen, die auf der Aufwärtsverbindung gesendet werden, auf der Basisstationsebene der Netzwerkhierarchie Gültigkeitsprüfungen durchgeführt. Auf der Grundlage der Kennung des aus Endgerät/Basisstation bestehenden Paares, die in den Paketen enthalten ist (als die Hauptquelle zur Feststellung, welche Basisstation das Paket an die GCC leiten soll), entscheiden die Basisstationen (untereinander), welche Pakete aus einer Gruppe von doppelten Paketen an die GCC gesendet werden; unterstützt werden sie dabei von einer vorher festgelegten Prioritätsrangfolge, die bestimmt, welche der anderen Basisstationen im Netzwerk versuchen soll, ein gültiges Paket an die GCC zu senden, wenn die zuerst ausgewählte Basisstation feststellt, dass sie ungültige oder anderweitig fragwürdige Daten empfangen hat.
Das vorstehend erwähnte Verfahren zur Entscheidung, welches Paket von nur einer der Vielzahl der Basisstationen des Netzwerks an die GCC gesendet werden soll, hängt nicht von der Stärke des Signals ab, das von einer beliebigen Basisstation über eine HF-Verbindung vom Sendeendgerät empfangen wird.
Von einem zweiten Aspekt aus betrachtet, stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Austausch von Paketen aus digitalen Informationssignalen in einem Datenübertragungsnetzwerk zwischen einer allgemeinen Übertragungssteuereinheit (GCC) (101) und mindestens einem Endgerät, das sich innerhalb eines vorher festgelegten geografischen Bereichs befindet, bereit, das die folgenden Schritte umfasst:
eine Vielzahl von Basisstationen (102), zu denen eine Zielbasisstation und eine Nicht-Zielbasisstation gehören, werden mit der allgemeinen Übertragungssteuereinheit (GCC) (101) verbunden, wobei jede der Basisstationen (102) in der Lage ist, Signale über den vorher festgelegten geografischen Bereich zu senden und zu empfangen;
ein einziger Kanal, über den Verbindungen zwischen dem mindestens einen Endgerät und der Vielzahl der Basisstationen (102) hergestellt werden können, wird gemeinsam benutzt;
für jedes aktive Endgerät wird ein aus Endgerät/Basisstation bestehendes Paar dynamisch ausgewählt, zwischen dem eine Verbindung hergestellt werden kann, um einen optimalen Übertragungspfad zu bilden, wobei die Auswahl von jedem aktiven Endgerät lokal durchgeführt wird; und
wobei ein von der Nicht-Zielbasisstation empfangenes Paket nur an die allgemeine Übertragungssteuereinheit (GCC) (101) weitergeleitet wird, wenn das Paket gültig ist und weder von der Zielbasisstation noch von einer beliebigen anderen der Vielzahl der Basisstationen (102) an die allgemeine Übertragungssteuereinheit (GCC) (101) weitergeleitet worden ist.
Dieser Lösungsansatz entbindet die GCC von der Aufgabe, die Gültigkeit eines empfangenen Pakets feststellen und/oder Daten über die Signalstärke auswerten zu müssen. Gemäß den bevorzugten Ausführungsformen kann die Messung der Signalstärke auf der Basisstationsebene der Netzwerkhierarchie (zum Zweck der Datensteuerung auf der Aufwärtsverbindung) tatsächlich insgesamt entfallen, da der Inhalt eines jeden Pakets definitionsgemäß die ausgewählte Wegeführung zwischen Endgerät und Basisstation angibt. In bevorzugten Ausführungsformen kann das Netzwerk festlegen, wann eine Anforderung für eine erneute Übertragung an ein Teilnehmerfunkgerät in Situationen ausgegeben werden soll, in denen keine der Vielzahl der Basisstationen gültige Daten auf der Aufwärtsverbindung weiterleiten kann.
Die vorliegende Erfindung wird lediglich anhand eines Beispiels und mit Bezug auf eine Ausführungsform weiter beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht ist, in denen:
Fig. 1 ein Hochfrequenz-Datenübertragungsnetzwerk zum Austausch von Informationspaketen zwischen mindestens einem Hostrechner und mindestens einem Teilnehmerfunkgerät darstellt, das sich innerhalb eines vorher festgelegten geografischen Bereichs befindet, der von dem Netzwerk gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bedient wird;
Fig. 2 das Format einer von einem Teilnehmerfunkgerät eingeleiteten Echonachricht darstellt, die gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einem Hochfrequenz-Datenübertragungsnetzwerk verwendet werden kann, um eine geeignete Basisstation zur Kommunikation von der Endgeräteebene der in Fig. 1 dargestellten Netzwerkhierarchie dynamisch festzustellen und auszuwählen;
Fig. 3 eine Echonachricht von einer Basisstation darstellt, die zusammen mit anderen Echonachrichten von den Basisstationen innerhalb des Bereichs eines bestimmten Endgeräts in der bevorzugten Ausführungsform verwendet werden kann, um die optimale Basisstation für das Endgerät zu ermitteln, mit der ein Paar gebildet werden soll, um zu einem bestimmten Zeitpunkt HF-Übertragungen über einen gemeinsam benutzten Kanal durchzuführen;
Fig. 4 ein Paketformat darstellt, das in der bevorzugten Ausführungsform verwendet wird, um die Gültigkeit von Paketen nach der Übertragung über eine HF-Verbindung zu bewerten und der GCC und den Basisstationen innerhalb des Bereichs eines bestimmten Endgeräts des aus Endgerät und Basisstation bestehenden Paares, das von dem Endgerät ausgewählt wird, Informationen bereitzustellen; und
Fig. 5 stellt in Form eines Flussdiagramms ein Verfahren gemäß der bevorzugten Ausführungsform dar, das dazu dient zu entscheiden, welches Paket aus einer Gruppe von doppelten gültigen Paketen (wobei das Verfahren auch zur Feststellung der Gültigkeit von Paketen verwendet wird) von einer bestimmten der Vielzahl der Basisstationen, welche die Pakete empfangen, auf der Aufwärtsverbindung an die GCC gesendet werden soll.
Das in Fig. 1 gezeigte Netzwerk ist ähnlich dem Netzwerk, das in der vorstehend erwähnten Patentschrift Nr. 4 550 443 von Freeburg beschrieben ist, zumindest in dem Maß, in dem große zusammenhängende geografische Bereiche mit logisch überlappenden Funksendezonen (der Sendevorgang erfolgt von der Basisstationsebene der Netzwerkhierarchie) bedeckt werden können, die mit hoher Wahrscheinlichkeit auf dynamische Weise zu nichtüberlappenden physischen Zonen optimiert werden können, um die Leistungsfähigkeit des Netzwerks zu steigern. Wie vorstehend erwähnt wurde, bezieht sich diese Optimierung auf die Sendezonen, die von den Basisstationssendern geschaffen werden, so dass zwei oder mehr Basisstationen in dem Netzwerk auf einer einzigen zugeordneten Funkfrequenz gleichzeitig Übertragungen durchführen können.
Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung geht über die Art der von Freeburg erreichten Optimierung hinaus. Insbesondere geht sie die Probleme der Verwaltung von Übertragungen auf der Aufwärtsverbindung an, wie zum Beispiel dem zusätzlichen Aufwand auf GCC-Ebene usw., und die Dezentralisierung von Netzwerk-Verwaltungsfunktionen in einem Netzwerk, in dem ein einziger vorher zugeordneter HF-Kanal Signale überträgt, die von den Endgeräten gesendet werden, die sich in einer bestimmten zelle befinden oder eine bestimmte Zelle durchqueren. Durch die Dezentralisierung und die Umverteilung von bisher zentralisierten Netzwerk-Rechnerressourcen von der GCC-Ebene einer Netzwerkhierarchie auf die Netzwerkbasisstationen und Engeräteknoten wird folglich die Gesamtleistungsfähigkeit des Netzwerks erhöht.
Mit Bezug auf Fig. 1 besteht ein Netzwerk 100 nach dem Stand der Technik, das so abgeändert werden kann, dass es der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung entspricht, im Einzelnen aus: einer GCC 101, die hier auch als die "GCC- Ebene" der dargestellten Netzwerkhierarchie bezeichnet wird; einer Vielzahl von Basisstationen 102-1, 102-2, 102-3..., 102-n (in Fig. 1 sind n Basisstationen dargestellt), die hier auch als die "Basisstationsebene" der dargestellten Netzwerkhierarchie bezeichnet werden; und mindestens einem Endgerät, 103-1, das zusammen mit anderen Endgeräten 103-2, 103-3, ..., 103-m gezeigt ist (in Fig. 1 sind insgesamt m Endgeräte dargestellt), die den vorher festgelegten geografischen Bereich (Zelle), der von dem Netzwerk abgedeckt wird, durchqueren (oder sich dauernd darin befinden). Die Endgeräte bilden die "Endgeräteebene" der Netzwerkhierarchie.
Der geografische Bereich wird buchstäblich von den überlappenden Basisstations-Sendezonen "bedeckt", die zum Beispiel als die Sendezonen 104-1, 104-2, 104-3, ..., 104-n gezeigt sind. Jede "Zone" stellt den Sendebereich eines Senders dar, der zu einer bestimmten Basisstation gehört; Beispiele sind in Fig. 1 als die Sendegeräte 105-1, 105-2, 105-3, ..., 105-n angegeben. Lediglich der Darstellung halber wird davon ausgegangen, dass sich ein zu jeder Basisstation gehörender Empfänger in der Nähe der vorstehend erwähnten Sender befindet und dass jeder Empfänger die Signale empfangen kann, die von einem beliebigen Endgerät innerhalb einer dargestellten Zone gesendet werden.
Die in Fig. 1 in Form von einer gestrichelten Linie dargestellte Zone, die Zone 199, soll die zusammenhängende überlappende Bedeckung des vorher festgelegten geografischen Bereichs durch die Gruppe der restlichen Basisstationen und die zugehörigen Sende- und Empfangsantennen, die in Fig. 1 nicht ausdrücklich gezeigt sind, veranschaulichen.
Fig. 1 zeigt auch den Hostrechner 110, an den die GCC 101 angeschlossen werden kann. "Abwärts gerichtete" Nachrichten sind diejenigen, die beispielsweise vom Hostrechner 110 zur Endgeräteebene des Netzwerks fließen, wohingegen "aufwärts gerichtete" Nachrichten beispielsweise diejenigen sind, die von der Endgeräteebene des Netzwerks zur GCC 101 und/oder dem Hostrechner 110 fließen.
Wie vorstehend erwähnt wurde, hat man sich bei der Verwaltung der Übertragungen auf der Aufwärtsverbindung bisher stark auf die zentralisierte GCC-Ebene des Netzwerks 100 gestützt. Die verwendeten Verfahren machten einen Berechnungsaufwand durch die GCC bei der Auswertung der Signalstärkemessungen und der Gültigkeitsinformationen, die in Pakete eingefügt werden, die von der Vielzahl der Basisstationen an die GCC 101 weitergeleitet werden, erforderlich. Geräte zur Ermittlung der Signalstärke, die sich auf der Basisstationsebene befinden, werden ebenfalls (von den bekannten Verfahren zur Verwaltung der Übertragungen auf der Aufwärtsverbindung) benötigt, um die Signalstärke von doppelten Paketen zu messen, die von einem einzigen Endgerät innerhalb des Bereichs der Empfänger übertragen werden, die zu einer Vielzahl von Basisstationen gehören.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kommt ein optimierter Anmeldeprozess für das Endgerät zur Anwendung, um die Verwaltung von Übertragungen auf der Aufwärtsverbindung zu vereinfachen und die gewünschte Dezentralisierung (Entlastung) von dem zusätzlichen GCC-Aufwand zu erreichen, der nur das sich anmeldende Endgerät und die Basisstationen innerhalb des Bereichs der tatsächlichen physischen Sendezone des Endgeräts einschließt. Das Endgerät wird in dem neuartigen Netzwerk dazu verwendet, die optimale Kommunikationsverbindung zwischen dem Endgerät selbst und einer von dem Endgerät ausgewählten Basisstation herzustellen.
Sobald diese Verbindung hergestellt wurde, fügt das Endgerät bei der Übertragung einer Nachricht auf der Aufwärtsverbindung ein Kennungssignal eines aus Endgerät/Basisstation bestehenden Paares in das Paket ein, das übertragen wird. Wie vorstehend erwähnt wurde, enthält das Paket definitionsgemäß mindestens die Daten, die übertragen, werden, das Kennungssignal des aus Endgerät/Basisstation bestehenden Paares, sowie Steuerinformationen, anhand derer sich die Gültigkeit des Pakets feststellen lässt, sobald es auf der Basisstationsseite der HF-Verbindung mit dem Endgerät empfangen wurde.
Ein neues Verfahren wird dann auf der Basisstationsebene der Netzwerkhierarchie durchgeführt, um festzustellen, welches (wenn überhaupt eines) von beliebigen zwei oder mehr doppelten Paketen, die von den Basisstationen von einem bestimmten Endgerät empfangen wurden, an die GCC 101 weitergeleitet werden soll. Jedes beliebige Paket, das schließlich an die GCC 101 geleitet wird, enthält mindestens einen Datenteil und das Kennungssignal des aus Endgerät/Basisstation bestehenden Paares, wobei die Daten als gültig angenommen werden, da auf der Basisstationsebene des Netzwerks eine Feststellung und Auswertung der Gültigkeit vorgenommen wurde.
Schließlich wird die GCC 101 so abgeändert, dass sie (zu Steuerungszwecken auf der Aufwärtsverbindung) nur das Kennungssignal des aus Endgerät/Basisstation bestehenden Paares von jedem Paket verzeichnen muss, das sie von der Endgeräteseite des Netzwerks empfängt, und ein als gültig angenommenes Paket an den Hostrechner 110 leitet.
Jeder der vorstehenden Aspekte der bevorzugten Ausführungsform wird nun mit Bezug auf die Fig. 2 bis 5 ausführlicher beschrieben.
Zunächst erfordert der optimale Anmeldeprozess für das Endgerät, der in der bevorzugten Ausführungsform zur Anwendung kommt, dass das Endgerät eine Echonachricht an alle Basisstationen innerhalb des Bereichs des Endgeräts sendet.
Ein beispielhaftes Echonachricht-Paket ist in Fig. 2 gezeigt, wobei das Paket im Schlitz 201 eine Signalsynchronisations- (oder Startnachricht-)Angabe, im Schlitz 204 eine Endenachricht-Angabe, im Schlitz 202 eine Basisstationskennung (die zunächst mit einem enthaltenen Wert von "0" gezeigt ist) und im Schlitz 203 eine Kennnummer des Endgeräts enthält.
Zu Beginn des Anmeldeprozesses sind die einzigen Informationen, die von dem in Fig. 2 gezeigten Paket auf der Aufwärtsverbindung übertragen werden, (a) die Kennnummer des Endgeräts und (b) ein vorher festgelegten Begrenzer für die Anmeldung (oder die periodische Reoptimierungsnachricht). Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Anmeldungsbegrenzer von der Kennnummer der Basisstation dargestellt, die von dem Sendeendgerät gleich "0" gesetzt wird.
Jede Basisstation, welche die Echonachricht erfolgreich empfängt, schickt an das ausgewiesene Endgerät ein Echopaket zurück, wobei ihre Basisstationskennung in dem zurückgeschickten Paket enthalten ist. Ein beispielhaftes Echonachricht-Paket, das zurückgeschickt wird, ist in Fig. 3 gezeigt. In dem Beispiel wird die Basisstationskennung "n" von der Basisstation n, die sich selbst dem Sendeendgerät gegenüber ausweist, das versucht, die optimale Basisstation zur Kommunikation ausfindig zu machen, in den Schlitz 301 eingefügt.
Es sei erwähnt, dass die Nachrichten vom Typ Echo, auf die vorstehend Bezug genommen wird und die mittels Beispiel in den Fig. 2 und 3 gezeigt sind, keine weitere Aufwärtsverbindung als die Basisstationsebene der Netzwerkhierarchie passieren müssen. Die Entscheidung über die Durchführung von optimierten Übertragungen auf der Endgeräte- und der Basisstationsebene vereinfacht den Betrieb und verbessert die Leistungsfähigkeit des Netzwerks, wie vorstehend erwähnt wurde.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung tritt ein Endgerät, sobald es eine Echonachricht (von dem in Fig. 2 dargestellten Typ) versendet hat, in einen Abhörmodus ein, in dem es auf das Eintreffen einer beliebigen Echonachricht (von dem in Fig. 3 dargestellten Typ) lauscht, die von einer Basisstation zurückkommt. Basierend auf der bekannten Anwendung der Kennwerte für die standardmäßige Abweichung bei der Empfänger-Feldstärke hört das Endgerät außerdem auch ab, ob "Kollisionen" von Echonachrichten auftreten.
Viele handelsübliche Endgeräte, wie zum Beispiel diejenigen, die derzeit in ARDIS verwendet werden und die seit kurzem erhältlichen Endgeräte vom Typ IBM PCradio ("IBM" und "PCradio" sind Warenzeichen der International Business Machines Corporation), sind programmierbar und können so konfiguriert werden, dass Echonachrichten, die von den Basisstationen als Antwort auf eine Anmelde- oder Reoptimierungsprozedur, Informationen über Nachrichtenkollisionen usw. empfangen werden, auf der Endgeräteebene des Netzwerks ausgewertet und in einem in dem Endgerät befindlichen Protokoll gespeichert werden können. Ferner können solche "intelligenten" Endgeräte vom Fachmann so programmiert werden, dass sie die Basisstation auswählen, mit der das Endgerät kommunizieren möchte. Zwei Beispiele, wie eine Auswahl eines aus Endgerät/Basisstation bestehenden Paares getroffen wird, so dass eine aktive HF-Verbindung hergestellt werden kann, werden nun erörtert.
Zunächst kann ein bestimmtes Endgerät eingeschaltet und in einem "ständigen Abhörmodus" bleiben, in dem es abhört, ob eine Antwort (eine Echonachricht von dem in Fig. 3 gezeigten Typ) auf eine von dem Endgerät erzeugte Echonachricht eintrifft. Standardmäßige Funkcharakteristika eines FM- Diskriminators können auf ein Signal synchronisieren, das stärker als andere Signale ist, die gleichzeitig von anderen Echo-Basisstationen geliefert werden. Anhand dieser Synchronisation auf das Paket von dem in Fig. 3 gezeigten Typ, das von dem "stärksten" Basisstationssender gesendet wird, kann das Endgerät die zur Paarbildung geeignete Basisstation ausmachen.
Als zweites Beispiel kann das Endgerät eingeschaltet und als Folge einer Anweisung vom Hostrechner 110 oder der GCC 101 von einer bestimmten Basisstation direkt adressiert (angerufen) werden. Das Endgerät versucht dann, dieser Basisstation zu antworten, und wenn es Erfolg hat, ist die Paarbildung von Endgerät und Basisstation wieder bekannt und wird in Pakete eingefügt, die von dem Endgerät auf der Aufwärtsverbindung übertragen werden. Wenn es keinen Erfolg hat, könnte das Endgerät eine Echofolge einleiten, um zu versuchen, eine Basisstation zur Paarbildung auszumachen.
Sobald das Endgerät die optimale Verbindung zu einer Basisstation ermittelt hat, beginnt es mit dem Senden (oder Empfangen) von Nachrichten, welche die Daten enthalten, die ausgetauscht werden. Diese Nachrichten können beispielsweise das in Fig. 4 gezeigte Format haben. In der bevorzugten Ausführungsform müssen die Nachrichtenpakete mindestens die Daten enthalten, die ausgetauscht werden, das Kennungssignal des aus Endgerät/Basisstation bestehenden Paares und Informationen, anhand derer sich die Gültigkeit des Pakets nach der Übertragung über eine HF-Verbindung feststellen lässt.
Das in Fig. 4 gezeigte beispielhafte Paket kann verwendet werden, um (1) die Gültigkeit des Pakets nach der Übertragung auf einer HF-Verbindung zu bewerten (die Kontrollsummeninformationen könnten zum Beispiel im Schlitz 401 enthalten sein, wie in Fig. 4 gezeigt ist); (2) der GCC und den Basisstationen innerhalb des Bereichs eines bestimmten Endgeräts des aus Endgerät/Basisstation bestehenden Paares, welches von dem Endgerät ausgewählt wird, Informationen bereitzustellen (das Kennungssignal des aus Endgerät/Basisstation bestehenden Paares kann zum Beispiel in den Schlitzen 402 und 403 des in Fig. 4 gezeigten Pakets gesendet werden); und (3) es kann (neben der Datenanzahl und den eigentlichen Daten, wie in den Schlitzen 404 beziehungsweise 405 gezeigt ist) weitere Informationen enthalten wie zum Beispiel eine Schätzung, wie stark die Sendeleistung der Basisstation sein muss, um einen wirksamen physischen Bereich für Übertragungen auf der Abwärtsverbindung zu schaffen (im Schlitz 406 von Fig. 4 gezeigt).
Einem neuartigen Verfahren entsprechend, das auf der Basisstationsebene der Netzwerkhierarchie durchgeführt und nachstehend noch ausführlicher beschrieben wird, leitet die ausgewählte Basisstation (sobald sie festgestellt hat, dass sie tatsächlich die ausgewählte Basisstation ist) jede beliebige Nachricht, die sie empfängt, nur dann in der Systemhierarchie hinauf zur GCC-Ebene, wenn die Nachricht von ihr als gültig festgestellt wird.
Wie vorstehend erwähnt wurde, könnte die ausgewählte Basisstation eine beliebige von vielen bekannten Gültigkeitsprüfungen wie zum Beispiel eine zyklische Blockprüfung durchführen, um die notwendige Feststellung, ob das Paket gültig ist, zu treffen: Die Kontrollsunmenfehler- Informationen, die im Schlitz 401 des in Fig. 4 dargestellten beispielhaften Pakets gezeigt sind, können zum Zweck der Gültigkeitsprüfung verwendet werden.
Die Informationen, die in dem vorstehend erwähnten Protokoll, das sich im Endgerät befindet, enthalten sind (Echoauswertungsinformationen, Nachrichtenkollisionsinformationen usw.) können als Teil der Daten oder in einem getrennten Schlitz, der in Fig. 4 nicht gezeigt ist, auf der Aufwärtsverbindung übertragen werden. Diese Informationen können auf der Ebene der GCC oder des Hostrechners zur weiteren Optimierung der Systemleistung, zu Protokollführungs- und Leistungsanalysezwecken usw. verwendet werden.
Sobald die GCC 101 die Kennungsinformationen des aus Endgerät/Basisstation bestehenden Paares vermerkt hat, die mit einem bestimmten gültigen Paket an die GCC-Ebene der Netzwerkhierarchie übertragen wurden, hält die GCC gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung auf dynamische Weise (bei jedem nachfolgenden Übertragungsvorgang) die aktuell benötigte Sendeleistung des Endgeräts für ein bestimmtes aus Endgerät/Basisstation bestehenden Paares entsprechend der Informationen aufrecht, die im Schlitz 406 des in Fig. 4 dargestellten beispielhaften Pakets enthalten sind.
Informationen über den Leistungsbedarf unterliegen natürlich Änderungen, wenn das Endgerät eine andere Basisstation als Kommunikationspartner auswählt oder wenn eine Endgerät- Reoptimierungsfolge durchgeführt wird, selbst wenn dabei dieselbe Basisstation ausgewählt wird, wobei davon ausgegangen wird, dass. Änderungen bei den Funkbedingungen, der Geografie usw. auftreten. Die Informationen über den neuen Leistungsbedarf (wenn eine Änderung auftritt) werden in einem überarbeiteten Paket von dem in Fig. 4 dargestellten Typ im Schlitz 406 auf der Aufwärtsverbindung übertragen. Bei Verwendung dieses Verfahrens kann die Anzahl der physischen Sendezonen der Basisstationen so klein wie möglich gehalten werden, die Ineffizienz des Systems, die dadurch verursacht wird, dass physisch überlappende Sendezonen verwaltet werden müssen, kann so klein wie möglich gehalten werden und der Systemdurchsatz auf der Abwärtsverbindung kann optimiert bleiben.
Übertragungen auf der Aufwärtsverbindung können in dem Netzwerk weiter optimiert werden, indem nicht nur die Endgeräte zur dynamischen Auswahl einer optimalen Basisstation verwendet werden, sondern indem auch der vorstehend erwähnte zusätzliche Aufwand der GCC beseitigt wird, der derzeit immer getrieben wird, wenn doppelte Nachrichten, die von demselben Endgerät gesendet werden, von einer Vielzahl von Basisstationen empfangen werden, und indem Geräte zur Ermittlung der Signalstärke auf der Basisstationsebene der Netzwerkhierarchie entfallen können.
Immer wenn ein von einem Endgerät gesendetes Paket von einer beliebigen Basisstation empfangen wird, führt die Basisstation gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zuerst eine Prüfung durch, um festzustellen, ob ihre Kennung (die Kennung der Basisstation) in dem Paket enthalten ist. Jede Basisstation, welche die Nachricht empfängt, in der Nachricht aber nicht als die Zielbasisstation angegeben ist, speichert die Nachricht vorübergehend auf der Basisstationsebene der Systemhierarchie und leitet die Nachricht nicht an die GCC 101 weiter. Daher empfängt die GCC 101 nicht länger doppelte Nachrichten von zwei oder mehr Basisstationen.
Wenn ein von der Zielbasisstation empfangenes Paket (d. h. der Basisstation, die als Teil der in dem empfangenen Paket enthaltenen Kennungsinformationen des aus Endgerät/Basisstation bestehenden Paares ausgewiesen ist) verfälscht wurde, kann die Zielbasisstation die anderen Basisstationen in dem Netzwerk "fragen", ob sie die Nachricht korrekt empfangen haben. Die Zielbasisstation würde das verfälschte Paket nicht an die GCC 101 weiterleiten.
Ein Hauptunterschied zwischen dem Stand der Technik und dem Netzwerk in der bevorzugten Ausführungsform besteht deshalb darin, dass die Basisstationen jetzt (untereinander) auf der Grundlage der Kennung des aus Endgerät/Basisstation bestehenden Paares, die in den Paketen enthalten ist (als die Hauptquelle zur Feststellung, welche Basisstation das Paket an die GCC leiten soll), entscheiden, welche Pakete aus einer Gruppe von doppelten Paketen an die GCC gesendet werden, wobei sie von einer vorher festgelegten Prioritätsrangfolge unterstützt werden, die bestimmt, welche der anderen Basisstationen im Netzwerk versuchen soll, ein gültiges Paket an die GCC zu senden, wenn die zuerst ausgewählte Basisstation feststellt, dass sie ungültige oder anderweitig fragwürdige Daten empfangen hat.
Wenn eine oder mehrere andere Basisstationen als die Zielbasisstation ein doppeltes (aber gültiges) Paket empfangen haben, kann die Zielbasisstation eine der anderen Basisstationen "bitten", das empfangene gültige Paket an die GCC 101 zu senden.
Um die vorstehend dargelegten Konzepte umzusetzen, entbindet die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung die GCC 101 in der Praxis davon, die Gültigkeit und die Signalstärke des empfangenen Pakets festzustellen und/oder auszuwerten, indem sie (a) die Basisstationen zu einem lokalen Netz (LAN) zusammenfasst; (b) beispielsweise den Basisstationen, welche die Zielbasisstation umgeben, unterschiedliche Zeitverzögerungen zuweist; und (c) an jeder der Vielzahl der Basisstationen feststellt, ob irgendeine der Basisstationen, die eine geringere Zeitverzögerung hat, bereits eine Kopie des Pakets, das gerade auf der Aufwärtsverbindung gesendet wird, (an die GCC 101) übertragen hat.
Tatsächlich entfällt die Messung der Signalstärke auf der Basisstationsebene der Netzwerkhierarchie (zum Zweck der Datensteuerung auf der Aufwärtsverbindung) insgesamt, da der Inhalt eines jeden Pakets definitionsgemäß die ausgewählte Wegeführung zwischen Endgerät und Basisstation angibt.
Eine Ausführungsform des neuartigen Verfahrens, das auf der Basisstationsebene der Netzwerkhierarchie eingesetzt wird, kann mit Bezug auf Fig. 5 zusammengefasst werden.
Fig. 5 stellt in Form eines Flussdiagramms ein bevorzugtes Verfahren dar, das dazu dient zu entscheiden, welches Paket aus einer Gruppe von doppelten gültigen Paketen (wobei das Verfahren auch zur Feststellung der Gültigkeit von Paketen dient) von einer bestimmten einer Vielzahl von Basisstationen, welche die doppelten Pakete empfangen, auf der Aufwärtsverbindung an die GCC 101 gesendet werden soll. Das Flussdiagramm beschreibt funktional die Funktionsweise einer jeden Basisstation, ungeachtet dessen, ob es die Zielbasisstation ist oder nicht, wobei davon ausgegangen wird, dass die Basisstationen unter Verwendung der vorstehend erwähnten Verbindung vom Typ LAN, die lediglich beispielhalber genannt wird, miteinander kommunizieren können.
Der Block 510 von Fig. 5 gibt die Routinefunktion des Abhörens auf Pakete an, die von einem beliebigen Endgerät innerhalb des Empfangsbereichs einer bestimmten Basisstation übertragen werden. Sobald ein Paket entdeckt wird, muss die Basisstation feststellen, ob die von dem Endgerät übertragene Kennung der Basisstation der Kennung der empfangenden Basisstation entspricht. Dies ist am Block 515 von Fig. 5 angegeben.
In dem Fall, in dem die tatsächliche Kennung der Basisstation und die über das Endgerät übertragene Kennung der Basisstation gleich sind, wird der Pfad 517 von Fig. 5 genommen, und die Station, die nun als die Zielbasisstation bekannt ist, stellt fest, ob das Paket gültig ist. Dies ist als der am Block 520 (auf der Basisstationsebene der Netzwerkhierarchie, nicht auf der GCC-Ebene) stattfindende Vorgang angegeben.
Wenn das Paket als gültig festgestellt wird, wird es an die GCC 101 geleitet (wie am Block 530 auf dem Pfad 527 angegeben ist), und die GCC 101 empfängt wie gewünscht nur das eine gültige Paket.
Wenn am Block 515 festgestellt wird, dass die empfangende Basisstation nicht die Zielbasisstation ist, speichert die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform der Erfindung das Paket vorübergehend. Dies ist am Block 540 auf dem abwärtsgerichteten Pfad 537 in Fig. 5 angegeben.
Während eines vorher festgelegten Zeitraums ti, wobei der Zeitraum ti bei jeder der Vielzahl der Basisstationen in dem Netzwerk anders ist, prüft die Nicht-Zielbasisstation, die das vorübergehend gespeicherte Paket empfängt, das LAN, um festzustellen, ob eine andere Basisstation (die Zielbasisstation oder eine andere Nicht-Zielbasisstation) das Paket von dem Sendeendgerät an die GCC 101 weitergeleitet hat. Diese Feststellung ist als am Block 545 von Fig. 5 stattfindend angegeben. Wenn dies geschehen ist (d. h., wenn eine andere Basisstation das Paket bereits an die GCC 101 weitergeleitet hat), gibt es für die Basisstation in Bezug auf das empfangene Paket nichts mehr zu tun.
Wenn das Paket innerhalb des Zeitraums t1 nicht von einer anderen Basisstation an die GCC 101 weitergeleitet wurde, muss die Basisstation die Gültigkeit ihres vorübergehend gespeicherten Pakets feststellen (natürlich kann dieser Schritt durchgeführt werden, bevor das Paket vorübergehend gespeichert wird, ohne vom Wesen oder vom Umfang der Erfindung abzuweichen), wie am Block 550 auf dem abwärtsgerichteten Pfad 549 angegeben ist. Wenn das Paket nicht gültig ist, wird es nicht an die GCC 101 weitergeleitet, und für die Basisstation, die gerade beschrieben wird (eine Nicht-Zielbasisstation), gibt es in Bezug auf das vorübergehend gespeicherte Paket nichts mehr zu tun.
Wenn das Paket am Block 550 jedoch als ein gültiges Paket festgestellt wird, wird es an die GCC 101 weitergeleitet (wie am Block 560 gezeigt ist), wobei der GCC 101 das einzige gültige Paket, das sie empfangen wird, bereitgestellt wird, selbst wenn von der Vielzahl der Basisstationen doppelte Pakete empfangen worden sind.
Mit Bezug auf Fig. 5 wird schließlich, wenn die Basisstation die Zielbasisstation ist, was am Block 515 festgestellt wird, und das Paket ungültig ist, was am Block 520 festgestellt wird, der Pfad 577 genommen, der zum Block 580 führt. In dieser Situation führt die Zielbasisstation auch eine Prüfung durch, um festzustellen, ob eine der Nicht-Zielbasisstationen das Paket innerhalb des Zeitraums tmax an die GCC 101 gesendet hat, wobei tmax größer als ein beliebiger Zeitraum ti ist, innerhalb dessen es den Nicht-Zielbasisstationen entweder gelingen oder nicht gelingen muss, ein gültiges Paket an die GCC-Ebene der Hierarchie zu senden.
Wenn die Feststellung am Block 580 "ja" lautet, hat die GCC 101 ihr gültiges Paket (und daher auch die Kennung des aus Endgerät/Basisstation bestehenden Paares, das vom Endgerät ausgewählt wurde, obwohl das Paket tatsächlich über eine andere Basisstation an die GCC 101 weitergeleitet wird), und die Funktion des Zielendgeräts in Bezug auf das empfangene Paket ist abgeschlossen.
Wenn jedoch keine Basisstation ein Paket an die GCC 101 innerhalb des Zeitraums tmax weitergeleitet hat, was von dem Zielendgerät festgestellt wird, kann davon ausgegangen werden, dass eine Anforderung für eine erneute Übertragung des Pakets von der Zielbasisstation ausgegeben werden muss, die, wie in Fig. 5 angegeben ist, dazu übergeht, eine solche Anforderung auszugeben, wie am Block 590 gezeigt ist.
Die vorstehend beschriebene Vorgehensweise gewährleistet eindeutig, dass der GCC 101 nur eine einzige gültige Kopie eines auf der Aufwärtsverbindung gesendeten Pakets übergeben wird, und sie stützt sich eindeutig nicht auf Signalstärkemessungen, die entweder auf Basisstationsebene oder GCC-Ebene der Netzwerkarchitektur durchgeführt oder ausgewertet werden (und macht diese auch nicht erforderlich). Folglich werden die bestimmten Aspekte der vorstehend erwähnten Belastung in Form von dem zusätzlichen Aufwand, der durch die Verwaltung von Nachrichten auf der Aufwärtsverbindung entsteht und den GCCs und Basisstationen derzeit in Netzwerken hinnehmen müssen, die ähnlich dem hier beschriebenen Netzwerk sind, entweder beseitigt oder erheblich vermindert.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die Netzwerkaspekte der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die vorstehend beschrieben wurde, realisiert werden können, indem vorhandene Netzwerke von dem in Fig. 1 dargestellten Typ wie folgt abgeändert werden:
(1) Die Endgeräte des Netzwerks werden so programmiert, dass sie eine Basisstation auswählen, mit der sie eine optimale HF- Verbindung herstellen. Einfache Synchronisation auf die stärkste Echonachricht von einer Basisstation innerhalb des Bereichs des Endgeräts, zum Beispiel durch Verwendung von Automatic-Gain-Control-(AGC-)Schaltungen innerhalb eines Endgeräts, wobei die Erfassungscharakteristik von FM-Signalen usw. genutzt wird, stellt ein bekanntes und geeignetes Verfahren bereit, um das aus Endgerät/Basisstation bestehende Paar auf der Endgeräteebene des Netzwerks auszuwählen;
(2) indem die Geräte zur Feststellung der Signalstärke auf der Basisstationsebene des Netzwerks entfernt und durch das vorstehend beschriebene neue Verfahren ersetzt werden, um zu entscheiden, welche Pakete aus einer Gruppe von doppelten Paketen an die GCC gesendet werden (wobei die Feststellung, ob die Pakete gültig sind, eingeschlossen ist), wird sichergestellt, dass die GCC nur ein gültiges Paket von der Endgeräteseite des Netzwerks empfängt, und der zusätzliche von der GCC getriebene Aufwand in Verbindung mit der Auswertung der Signalstärkemessungen und der Gültigkeitsinformationen, die bisher von den Basisstationen bereitgestellt wurden, entfällt; und
(3) auf der GCC-Ebene wird nur das Kennungssignal des aus Endgerät/Basisstation bestehenden Paares von einem auf der Aufwärtsverbindung gesendeten Paket gespeichert, um den gewählten Pfad für die "Rückrichtung" auszuweisen, bevor Daten an den Hostrechner 110 weitergeleitet werden, von denen nun angenommen wird, dass sie gültig sind. Natürlich können andere Paketteile auf der GCC-Ebene gespeichert werden (ohne dass in Bezug auf Übertragungen auf der Aufwärtsverbindung irgendeine Auswertung vorgenommen werden muss), wie zum Beispiel Informationen über den Leistungspegel auf der Abwärtsverbindung, das vorstehend beschriebene Endgerät- Auswertungsprotokoll (bei der Übertragung auf der Aufwärtsverbindung) usw.
Das vorstehend ausführlich Beschriebene sind Verfahren und eine Vorrichtung zur Bereitstellung eines Hochfrequenz- Datenübertragungsnetzwerks, in dem (1) Netzwerksteuerfunktionen auf der Aufwärtsverbindung von der GCC-Ebene der Netzwerkhierarchiedezentralisiert werden; (2) der Aufwand, der bei der Ermittlung und Bewertung des Leistungspegels (der Signalstärke) auf sowohl der GCC- als auch der Basisstationsebene der Netzwerkhierarchie getrieben wird, auf ein kleinstmögliches Maß herabgesetzt oder sogar ganz beseitigt wird; und (3) einzelne Teilnehmerfunkgeräte (Endgeräte) dynamisch die erstrebenswerteste Basisstation ermitteln, mit der beim Austausch von Informationen mit dem Hostrechner über einen gemeinsam benutzen HF- Datenübertragungskanal (die Verbindung zur Basisstation) und der GCC eine Kommunikation stattfinden soll.

Claims

1. Datenübertragungsnetzwerk (100) von dem Typ, in dem Pakete aus digitalen Informationssignalen zwischen einer allgemeinen Übertragungssteuereinheit (101) und mindestens einer Datenstation ausgetauscht werden, die sich innerhalb eines vorher festgelegten geografischen Bereichs befindet, wobei das Datenübertragungsnetzwerk Folgendes enthält:

eine Vielzahl von Basisstationen (102), zu denen eine Zielbasisstation und eine Nicht-Zielbasisstation gehören, von denen jede mit der allgemeinen Übertragungssteuereinheit (101) verbunden ist, um Signale über den vorher festgelegten geografischen Bereich zu senden und zu empfangen;

einen einzigen Kanal, der von der mindestens einen Datenstation und der Vielzahl der Basisstationen gemeinsam benutzt wird, über den Übertragungen zwischen der mindestens einen Datenstation und der Vielzahl der Basisstationen (102) durchgeführt werden können;

wobei die mindestens eine Datenstation Folgendes enthält:

ein Mittel, um eine optimale Basisstation der Vielzahl der Basisstationen (102) zur Kommunikation über den Kanal dynamisch auszuwählen;

wobei das Datenübertragungsnetzwerk des Weiteren ein Mittel enthält, um ein von der Nicht-Zielbasisstation empfangenes Paket nur an die allgemeine Übertragungssteuereinheit (101) weiterzuleiten, wenn das Paket gültig ist und weder von der Zielbasisstation noch von einer beliebigen anderen der Vielzahl der Basisstationen (102) an die allgemeine Übertragungssteuereinheit (101) weitergeleitet worden ist.

2. Netzwerk nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Datenstation des Weiteren Folgendes umfasst:

ein Mittel, um ein Anmeldepaket zu übertragen;

ein Mittel, um auf ein Signal zu synchronisieren, das in einer Gruppe von Signalen das stärkste ist, die der Datenstation von einer Gruppe von Basisstationen (102), die zu der Vielzahl der Basisstationen (102) gehören, als Antwort auf das übertragene Anmeldepaket gleichzeitig übergeben werden.

3. Netzwerk nach Anspruch 2, wobei das Anmeldepaket eine Datenstationskennung enthält, welche die Datenstation ausweist, die sich anmeldet.

4. Netzwerk nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei jede Antwort auf ein Anmeldepaket, das von einer bestimmten Basisstation übertragen wurde, ein Basisstation- Kennungssignal enthält, das die antwortende Basisstation ausweist.

5. Netzwerk nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Auswahleinheit ein Mittel enthält, das auf die Erfassungsmerkmale der Signale anspricht, die der betreffenden Datenstation gleichzeitig übergeben werden.

6. Netzwerk nach einem vorhergehenden Anspruch, das des Weiteren ein Mittel umfasst, um ein Kennungssignal eines aus Datenstation/Basisstation bestehenden Paares in Pakete aufzunehmen, die von der Datenstation an die allgemeine Übertragungssteuereinheit übertragen werden, sobald sie eine Basisstation zur Kommunikation ausgewählt hat.

7. Netzwerk nach Anspruch 6, wobei diese Pakete, die an die allgemeine Übertragungssteuereinheit übertragen werden, des Weiteren mindestens einen Datenteil, das Kennungssignal des aus Datenstation/Basisstation bestehenden Paares, das die Zielbasisstation angibt, die von der Datenstation ausgewählt wurde, und Informationen enthalten, anhand derer eine bestimmte Basisstation die Gültigkeit eines bestimmten Pakets feststellen kann, nachdem es über den einzigen Kanal übertragen worden ist.

8. Netzwerk nach einem vorhergehenden Anspruch, das für den Einsatz in einem Hochfrequenz-Datenübertragungsnetzwerk vorgesehen ist.

9. Netzwerk nach einem vorhergehenden Anspruch, das des Weiteren eine Prüfeinheit umfasst, die sich in jeder der Vielzahl der Basisstationen befindet, um festzustellen, welche der eventuellen Kopien eines bestimmten Pakets, das von mindestens zwei der Vielzahl der Basisstationen empfangen wurde, auf der Aufwärtsverbindung an die allgemeine Übertragungssteuereinheit gesendet werden soll.

10. Netzwerk nach Anspruch 9, wobei jedes von der Datenstation übertragene Paket ein Kennungssignal des aus Datenstation/Basisstation bestehenden Paares enthält, das von der Prüfeinheit verwendet werden kann, um eine Zielbasisstation auszuweisen.

11. Netzwerk nach Anspruch 9 oder 10, das des Weiteren ein Mittel umfasst, das dazu dient, die erneute Übertragung eines Pakets anzufordern, das innerhalb eines Zeitraums tmax nicht an die allgemeine Übertragungssteuereinheit weitergeleitet wurde.

12. Verfahren zum Austausch von Paketen aus digitalen Informationssignalen in einem Datenübertragungsnetzwerk zwischen einer allgemeinen Übertragungssteuereinheit (101) und mindestens einer Datenstation, die sich innerhalb eines vorher festgelegten geografischen Bereichs befindet, das die folgenden Schritte umfasst:

eine Vielzahl von Basisstationen (102), zu denen eine Zielbasisstation und eine Nicht-Zielbasisstation gehören, werden mit der allgemeinen Übertragungssteuereinheit (101) verbunden, wobei jede der Basisstationen (102) in der Lage ist, Signale über den vorher festgelegten geografischen Bereich zu senden und zu empfangen;

ein einziger Kanal, über den Verbindungen zwischen der mindestens einen Datenstation und der Vielzahl der Basisstationen (102) hergestellt werden können, wird gemeinsam benutzt;

für jede aktive Datenstation wird ein aus Datenstation/Basisstation bestehendes Paar dynamisch ausgewählt, zwischen dem eine Verbindung hergestellt werden kann, um einen optimalen Übertragungspfad zu bilden, wobei die Auswahl von jeder aktiven Datenstation lokal durchgeführt wird; und

wobei ein von der Nicht-Zielbasisstation empfangenes Paket nur an die allgemeine Übertragungssteuereinheit (101) weitergeleitet wird, wenn das Paket gültig ist und weder von der Zielbasisstation noch von einer beliebigen anderen der Vielzahl der Basisstationen (102) an die allgemeine Übertragungssteuereinheit (101) weitergeleitet worden ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, das des Weiteren den Schritt umfasst, in dem mittels einer Prüfeinheit, die in jeder der Vielzahl der Basisstationen enthalten ist, festgestellt wird, welche der eventuellen Kopien eines bestimmten Pakets, das von mindestens zwei der Vielzahl der Basisstationen empfangen wurde, auf der Aufwärtsverbindung an die allgemeine Übertragungssteuereinheit gesendet werden soll.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Schritt der Feststellung des Weiteren den Schritt umfasst, in dem ein beliebiges, von einer ausgewiesenen Zielbasisstation empfangenes Paket an die allgemeine Übertragungssteuereinheit gesendet wird, solange das Paket als gültig festgestellt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei der Schritt der Feststellung des Weiteren den Schritt umfasst, in dem einer vorher festgelegten Prioritätsrangfolge von Nicht- Zielbasisstationen gefolgt wird, um ein empfangenes Paket immer an die allgemeine Übertragungssteuereinheit weiterzuleiten, wenn die Basisstation, die ein Paket empfängt, nicht die Zielbasisstation ist.

16. Verfahren nach Anspruch 15, das des Weiteren den Schritt umfasst, in dem ein von einer Nicht-Zielbasisstation empfangenes Paket nur an die allgemeine Übertragungssteuereinheit weitergeleitet wird, wenn das Paket gültig ist und weder von der Zielbasisstation noch von einer Basisstation, die eine höhere Priorität in der vorher festgelegten Prioritätsrangfolge hat, an die allgemeine Übertragungssteuereinheit weitergeleitet worden ist.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, das des Weiteren den Schritt umfasst, in dem die Prioritätsrangfolge von Nicht- Zielbasisstationen festgelegt wird, indem die Vielzahl der Basisstationen zu einem lokalen Netzwerk zusammengefasst wird, wobei jeder Nicht-Zielbasisstation ein anderer Zeitraum zugewiesen wird, um das lokale Netzwerk in Abhängigkeit von ihrer Priorität zu überwachen, um festzustellen, ob die Zielbasisstation oder eine Nicht- Zielbasisstation mit einer höheren Priorität ein gültiges Paket an die allgemeine Übertragungssteuereinheit gesendet hat.

18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Schritt der Feststellung immer, wenn sich die Prüfeinheit in der Zielbasisstation befindet und die Zielbasisstation ein ungültiges Paket von einer bestimmten Datenstation empfangen hat, des Weiteren den Schritt umfasst, in dem das lokale Netzwerk überwacht wird, um festzustellen, ob eine beliebige der Vielzahl der Basisstationen eine gültige Kopie des von der Zielbasisstation empfangenen Pakets innerhalb eines Zeitraums tmax an die allgemeine Übertragungssteuereinheit weiterleitet, wobei tmax mindestens so lange wie der längste Zeitraum zur Überwachung des lokalen Netzwerks ist, welcher der Gruppe der Nicht-Zielbasisstationen zugewiesen wurde.