HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung:
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kommunikationssysteme. Genauer bezieht
sich die vorliegende Erfindung auf Verfahren und Vorrichtungen zum Befördern von
Datenpaketen durch ein Paketkommunikationsnetzwerk.
Beschreibung der verwandten Technik:
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Paketkommunikationsnetzwerke sind in dem Fachgebiet für Datenübertragung bekannt.
GB 2 248 368 A handelt von Datenkommunikation zwischen Zeichenringnetzwerken
(token ring networks) über Modems. Jeder Zeichenring (token ring) verbindet
verschiedene Vielzugriffseinheiten zu einem gemeinsamen Prozessor. Jedes Modem ist mit
einem unterschiedlichen Zeichenring verbunden, der einen gemeinsamen Prozessor
umfaßt. Die von dem Modem empfangenen Daten werden an den gemeinsamen
Prozessor übertragen und die Gültigkeit wird durch den gemeinsamen Prozessor überprüft.
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US 5,113,499 beschreibt ein Telekommunikationszugriffsverwaltungssystem für ein
Paketschaltnetzwerk. Datenblöcke werden über eine Verbindung entlang eines Weges
zwischen Knoten des Netzwerks übertragen. Jeder Block besteht aus einem Datenpaket
mit Steuerinformation, die vorangestellt (header) oder angehängt (trailer) ist und dem
Paket hinzugefügt wird, wie es in den jeweiligen Knoten vorkommt. Der Header umfaßt
typischerweise zusätzlich zu dem Zieladressfeld eine Anzahl von Unterfeldern, wie
Betriebscode, Absendeadresse, Folgenummer und Längencode. Der Trailer ist
typischerweise eine Technik zum Erzeugen von Redundanzprüfungen, wie eines zyklischen
Redundanzcodes zum Ermitteln von Fehlern. Am anderen Ende der Verknüpfung streift der
Empfangsknoten die Steuerinformation ab, führt die erforderliche Synchronisation und
Fehlerermittlung durch und fügt die Steuerinformation wieder in das ausgehende Paket
ein.
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Paketkommunikationsnetzwerke können eine zentrale Steuerstelle unterstützen, die
verwendet wird, um eine Vielzahl von entfernten Stellen zu steuern und überwachen. Die
zentrale Steuerstelle kann einen Computer umfassen, um Steuer- und
Überwachungsfunktionen durchzuführen. Die entfernten Stellen können mikroprozessorbasierte
Systeme umfassen, die die Überwachung und Steuerung von lokalen Einrichtungen
durchführen. Ein Beispiel eines Systems, das geeignet zum Aufnehmen eines
Paketkommunikationsnetzwerks ist, ist ein Ampelsystem. Die Steuerfunktion der zentralen Steuerstelle
könnte das koordinierte Timing vieler Ampeln in einem Gebiet sein, während die
Steuerfunktion der entfernten Stelle die Steuerung einer einzelnen Ampel sein könnte.
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Die Aufgabe eines Paketkommunikationsnetzwerks ist es, die Übertragung binärer
Daten oder Nachrichten zwischen Computern zu unterstützen. Die Nachrichten werden
durch ein Netzwerk befördert, wobei ein Netzwerk als eine beliebige Anordnung von
Sendern definiert ist. Das Befördern der Nachrichten wird durch verfügbare
Funkfrequenzverbindungen (RF-Verbindungen) zwischen Punkten des Netzwerks erreicht. Jede
Funkstelle innerhalb des Paketkommunikationsnetzwerks unterhält eine Datenbank, die
es der Funkstelle erlaubt, alle empfangenen Nachrichten zu einem weiteren Ziel entlang
des direktesten Weges weiterzugeben. Das Befördern einer Nachricht durch eine
Funkstelle entlang des Weges dient als eine Übertragung, da die Nachricht empfangen,
verarbeitet und wieder zu einem weiteren Funkstellenziel übertragen wird. Diese
Arbeitsweise wird als Speichern und Weiterübertragen bezeichnet und wird durch ein Verfahren
erreicht, das als der kleinste Sprungansatz bekannt ist. Der kleinste Sprungansatz
umfaßt einen Algorithmus, der verwendet wird, um den kürzesten Weg zwischen zwei
Punkten, d. h. Netzwerkfunkstellen zu bestimmen. Der kleinste Sprungansatz und der
zugehörige Algorithmus sind in dem Fachgebiet bekannt und können in einem Lehrbuch
mit dem Titel "Telecommunication Networks" von Mischa Schwartz, erschienen bei
Addison-Wesley, 1987 nachgelesen werden.
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Im allgemeinen sind Paketkommunikationsnetzwerke eine Form von Datenübertragung,
bei der Datenpakete zwischen einer zentralen Steuerung und einer entfernten Station
befördert werden. Fehlerprüfsummen- und Empfangsbestätigungsverfahren können
auch eingebaut sein. Verschiedene Verfahren von Datenpaketbeförderung sind in dem
Fachgebiet bekannt. Gemäß einem Verfahren wird die Adresse in dem Header des
Datenpakets als ein Index zu einem Verzeichnis von Paketbeförderlisten verwendet.
Paketbeförderlisten müssen bei Kenntnis über den Ort jeder Funkstelle in dem Netzwerk
erstellt werden. Jede Funkstelle wird durch einen Headercode oder -bit identifiziert und
eine Paketbeförderungsliste besteht aus einer geordneten Liste von
Funkstellenheaderbits oder -Rufzeichen. Verzeichnisorientierte Beförderungstechniken erfordern
dauernden Unterhalt und Kommunikation der Netzwerkverbindungsinformation, die in dem
Verzeichnis verwendet wird. Jede dieser Aufgaben belastet die Ressourcen des
Netzwerks und kann in einem großen Netzwerk nicht mehr handhabbar werden.
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Eine weitere grundlegende Technik Datenpakete durch Paketkommunikationsnetzwerke
zu befördern, basiert nicht auf Verzeichnissen. Bei der nicht auf Verzeichnissen
basierenden Beförderung wird die Kompliziertheit vermieden, die mit den
Beförderungstechniken einhergeht. Der Aufbau des Netzwerks wird vereinfacht, da es keine
Verknüpfungsinformation gibt. Jedoch erlauben nicht auf Verzeichnissen basierte
Beförderungstechniken nicht wie verzeichnisbasierte Beförderungstechniken die Optimierung von
Netzwerkparametern.
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Zwei grundlegende Architekturen von Paketkommunikationsnetzwerken sind bekannt. In
einem früheren Entwurf übertrug ein zentraler Steuercomputer Datenpakete zu den
einzelnen entfernten Funkstellen und empfing Steuerinformation von den einzelnen
entfernten Funkstellen. Ein mit diesem Netzwerk verknüpftes Hauptproblem ist die
Zeitbegrenzung. Das Datenpaket muß empfangen und verarbeitet werden, der direkteste
Weg zu einer Zielfunkstelle muß identifiziert werden und dann muß das Datenpaket
wieder an hunderte von entfernten Funkstellen mit der Rate von einer Nachricht zu
einem Zeitpunkt einmal pro Sekunde übertragen werden. Wegen dieser Verzögerung
sind Paketkommunikationsnetzwerke unfähig, schnelle Kommunikationssysteme zu
unterstützen.
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In einem aktuelleren Entwurf werden Paketkommunikationsnetzwerke für
Kommunikationen optimiert, bei denen jede entfernte Funkstelle mit jeder anderen entfernten
Funkstelle kommunizieren kann. Darüber hinaus steilen aktuelle Entwürfe die Fähigkeit zu
Netzwerkkommunikationen über eine große geographische Fläche mit sichtlinienentfernten
Funkstellen zur Verfügung. Jedoch weist der aktuelle Entwurf von
Paketkommunikationsnetzwerken verschiedene Nachteile auf Erstens erfordert der Funkentwurf
größen
ordnungsmäßig eine Sekunde pro Übertragungssprung um ein Datenpaket von einer
entfernten Funkstelle zu einer anderen zu übertragen. Zweitens muß jede Nachricht des
Datenpakets als eine getrennte Erledigung, d. h. auf einer Nachricht-für-Nachricht-Basis
behandelt werden. Um die Steuerungs- und Überwachungsaufgaben zu unterstützen,
muß jede Nachricht vom zentralen Steuercomputer unabhängig von den anderen
Nachrichten behandelt werden. Drittens ist die Funkstelle unfähig, viele Nachrichten zu einem
einzigen Paket zusammenzuhängen, wobei jede Nachricht ein unterschiedliches Ziel hat.
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Die in der Vergangenheit verwendete Funktechnologie zeigte sehr langsame
Schaltzeiten, wenn zwischen dem Empfangs- und Sendemodus gewechselt wurde. Die
Schaltzeiten von analogen Bauteilen, wie einem Sendeempfänger waren in der Größenordnung
von vielen Millisekunden. Deshalb wurden zehn bis hunderte von Millisekunden von
Funkschaltzeit während der Weitergabe von Datenpaketen verloren.
Spreizspektrumfunktechnologie ist jetzt kommerziell erhältlich. Diese Technologie liefert verbesserte
Funkschaltzeiten in der Größenordnung einer Millisekunde. Ungeachtet der schnelleren
Schaltzeiten, die in der fortgeschrittenen Technologie verfügbar sind, hemmen die vorher
beschriebenen Probleme weiterhin die Leistungsfähigkeit von
Paketkommunikationsnetzwerken.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, die Datentransferraten in einem
Paketkommunikationsnetzwerk bei fester Bandbreite der für die Kommunikation verwendeten Funkstellen
zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 1
gelöst.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden durch die abhängigen
Patentansprüche definiert.
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In einer bevorzugten Ausführungsform bildet das adaptive Protokoll für das
Paketkommunikationsnetzwerk der vorliegenden Erfindung das zusammengehängte Datenpaket
in einer Kopfendfunkstelle. Das Datenpaket umfaßt die Gruppe von Codes für die erste
Gruppe von Funkstellen, die direkt mit der Kopfendfunkstelle kommunizieren. Das
Datenpaket wird an die erste Gruppe von Funkstellen in einer einzigen Übertragung
wäh
rend jedes Rahmens übertragen. Nachrichten, die einen Zielcode für eine Funkstelle der
ersten Gruppe von Funkstellen aufweisen, werden extrahiert und an ein Hostgerät
gesendet, das die erste Gruppe von Funkstellen bedient. Das Datenpaket wird
umformatiert, um die zweite Gruppe von Codes zu umfassen und wird wieder an die zweite
Gruppe von Funkstellen in einer einzigen Übertragung gesendet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 ist ein vereinfachter Kommunikationsplan einer erläuternden
Ausführungsform eines adaptiven Protokolls für ein Kommunikationsnetzwerk der vorliegenden
Erfindung, wobei ein Zentralcomputer, der mit einer Kopfendfunkstelle verbunden ist, und
eine Vielzahl von entfernten Funkstellen verschiedener Zellen gezeigt werden.
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Fig. 2 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm des adaptiven Protokolls für das
Kommunikationsnetzwerk von Fig. 1, wobei der Aufbau einer Kopfendfunkstelle und
eines Paars entfernter Funkstellen gezeigt wird.
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Fig. 3 ist ein Datenbeförderungsschaubild, das den Fluß der Daten von dem
Zentralcomputer zu einer entfernten Funkstelle der Stufe C zeigt.
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Fig. 4a ist ein Verbindungsschaubild, das eine beispielhafte Verbindung zwischen
einer Vielzahl von Funkstellen zeigt.
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Fig. 4b und 4c zeigen Übertragungstiming-Schaubilder des Standes der Technik
bzw. des adaptiven Protokolls für ein Kommunikationsnetzwerk der vorliegenden
Erfindung für die in Fig. 4a gezeigte beispielhafte Verbindung.
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Fig. 5a und 5b zeigen den Pfad eines zusammengehängten Datenpakets von
dem Zentralcomputer zu einer bestimmten, entfernten Funkstelle bzw. den Weg von der
bestimmten, entfernten Funkstelle zu dem Zentralcomputer.
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Fig. 6 ist ein Protokollrahmenaufbauschaubild, das einen Rahmenanfangsteil,
einen RF-Nachrichtübertragungsteil und einen Rahmenleerlaufteil zeigt.
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Fig. 7 ist ein detaillierteres Schaubild des Rahmenleerlaufteils der
Protokollrahmenstruktur von Fig. 6, die eine Netzwerkeingangsbittenachricht (NEF-Nachricht,
network entry solicitation message) und eine Netzwerkeingangsanforderungsnachricht
(NER-Nachricht, network entry request message) zeigt.
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Fig. 8 ist ein vereinfachtes Schaubild des Nachrichtentransportprotokolls für
ausgehende Datenübertragung.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Ein Schaubild, das die Kommunikationsarchitektur des adaptiven Protokolls für ein
Paketkommunikationsnetzwerk 100 erläutert, ist in Fig. 1 gezeigt. Das Netzwerk 100 umfaßt
einen zentralen Computer 102 und eine Vielzahl von Netzwerkzellen 104, 106, 108 und
110. Jede der Netzwerkzellen 104, 106, 108 und 110 umfaßt eine Kopfendfunkstelle
112, 114, 116 und 118 in dieser Reihenfolge. Jede der Kopfendfunkstellen 112, 114,
116 und 118 ist mit dem zentralen Computer 102 verbunden. Die Verbindung zwischen
dem zentralen Computer 102 und den einzelnen Kopfendfunkstellen 112, 114, 116 und
118 kann durch eine Vielzahl von Leitungen 120, 122, 124 und 126 in dieser
Reihenfolge vereinfacht werden.
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Verbunden mit jeder der Kopfendfunkstellen 112, 114, 116 und 118 in den jeweiligen
Netzwerkzellen 104, 106, 108 und 110 ist eine entsprechende Vielzahl von entfernten
Funkstellen (d. h., Feldfunkstellen) 128, 130, 132 bzw. 134, wie in Fig. 1 gezeigt. Die
Aufgabe des zentralen Computers 102 ist, die Vielzahl von Orten (d. h., z. B., Ampeln) zu
steuern und zu überwachen, die mit den entfernten Funkstellen 128, 130, 132 und 134
verbunden sind. Zuordnungsentscheidungen werden in den Kopfendfunkstellen 112,
114, 116 und 118 basierend auf Anweisungsdaten getroffen, die von dem zentralen
Computer 102 erzeugt werden. Die Zuordnungsentscheidungen werden dann an die
entfernten Funkstellen 128, 130, 132 und 134 in der Form von Nachrichten über die
jeweiligen Kopfendfunkstellen 112, 114, 116 und 118 übertragen. Jede der
Kopfendfunkstellen 112, 114, 116 und 118 dient dazu, die Nachrichten zwischen dem
Zentralcomputer und den jeweiligen Netzwerkzellen 104, 106, 108 und 110 weiterzugeben.
Die Nachrichten werden danach von den entfernten Funkstellen 128, 130, 132 und 134
empfangen und die entfernten Funkstellen handeln nach den Nachrichten.
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Die entfernten Funkstellen 128, 130, 132 und 134 werden in einer besonderen
Hierarchie organisiert, wie in Fig. 1, 3 und 5 gezeigt ist. Unter Bezugnahme auf Netzwerkzelle
110 in Fig. 1 kann man nur zu Illustrationszwecken erkennen, daß die entfernten
Funkstellen 134 in verschiedenen Stufen angeordnet sind. Jede der Funkstellen 134 weist die
gleiche Bauart auf. So wird die Anordnung von Funkstufen durch Überwachen des
Funkverbindungskontakts zwischen einzelnen Funkstellen 134 innerhalb der
Netzwerkzelle 110 bestimmt. Die Kopfendfunkstelle 118 ist definitionsgemäß auf der Stufe Null
angeordnet. Die Funkstellen in der nächsten Hierarchiestufe werden als A-
Stufenfunkstellen bezeichnet. Die A-Stufenfunkstellen werden als entfernte Funkstellen
A&sub1;, A&sub2;, A&sub3;, und A&sub4; in Fig. 1, 3 und 5 veranschaulicht. Die Funkstellen auf der Stufe direkt
unterhalb der A-Stufe werden als die B-Stufenfunkstellen bezeichnet. Die B-
Stufenfunkstellen werden als entfernte Funkstellen B&sub1;&sub1;, B&sub1;&sub2;, B&sub2;&sub1;, B&sub3;&sub1; und B&sub3;&sub2; in Fig. 1 und
3 dargestellt. Schließlich werden die Funkstellen auf der Stufe direkt unterhalb der B-
Stufe als C-Stufenfunkstellen bezeichnet. Die einzige C-Stufenfunkstelle ist als entfernte
Funkstelle C&sub1;&sub1;&sub1; in Fig. 1, 3 und 5 dargestellt.
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Die Anzahl von Zellen 104, 106, 108 und 110, in die das Paketkommunikationsnetzwerk
100 eingeteilt ist, wird durch eine Anzahl von Faktoren bestimmt. Diese Faktoren
umfassen: (a) die Gesamtzahl von entfernten Funkstellen 128, 130, 132 und 134; (b) den
Nennumfang von Daten, die von jeder entfernten Funkstelle 128, 130, 132 und 134
gesendet und empfangen werden; und (c) die geographische Verteilung der entfernten
Funkstellen 128, 130, 132 und 134. Viele Frequenzkanäle sind verfügbar, um Interferenz
zwischen angrenzenden Netzwerkzellen 104, 106, 108 und 110 zu vermeiden. Darüber
hinaus werden Frequenzen wieder benutzt, um große Netzwerke zu bilden, da die
Funkfrequenzübertragungen mit geringer Leistung durchgeführt werden und auf kleine
geographische Gebiete beschränkt sind. Datentransfer innerhalb jeder Netzwerkzelle 104,
106, 108 und 110 wird als eine ausgehende/eingehende Erledigung zwischen den
Kopfendfunkstellen 112, 114, 116 und 118 und ihren jeweiligen entfernten Funkstellen
128, 130, 132 und 134 gekennzeichnet.
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Eine Veranschaulichung der Steuer- und Überwachungsfunktionen des adaptiven
Protokolls des Paketkommunikationsnetzwerks 100 der vorliegenden Erfindung erfolgt in der
Anwendung auf ein Ampelsystem. In einem Ampelsystem werden induktive Schleifen in
der Bezahlung [SIC; wahrscheinlich gemeint: dem Straßenbelag] der Straßenkreuzung
vergraben. Die induktive Schleife dient dazu, die Anwesenheit eines Fahrzeugs zu
ermitteln, wie es in dem Fachgebiet bekannt ist. Die induktiven Signale, die in der Schleife
erzeugt werden, werden in Daten umgewandelt, die einen Fahrzeugzähler,
Verkehrsdichte und -geschwindigkeit darstellen. Nachdem sie an den zentralen Computer 102
übermittelt wurden, werden die Daten benutzt, um den Verkehrsfluß zu kennzeichnen.
Basierend auf den anhand der datenermittelten Verkehrsflußmustern formuliert der
zentrale Computer 102 Verkehrssignaltimingpläne. Die Verkehrssignaltimingpläne
werden von dem zentralen Computer 102 an die entfernten Funkstellen, die mit den
einzelnen Ampeln verbunden sind, in Einsekundenzeitintervallen übertragen.
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Die Information, die in den Timingplänen enthalten ist, gibt an, wie der geeignete Status
der einzelnen Ampeln sein soll (d. h., welche grün sein soll und welche rot sein soll). So
besteht die Steueraufgabe des zentralen Computers 102 darin, das Timing der vielen
Ampeln in einem Gebiet zu koordinieren. Eine Straßenampelsteuerung (nicht gezeigt),
die mit jeder Ampel verbunden ist, überträgt ein Überwachungssignal an dem zentralen
Computer 102 einmal in jeder Sekunde, um den Status der Ampel anzugeben. Deshalb
besteht die Steuerfunktion jedes der entfernten Funkstellen 128, 130, 132 und 134 darin,
eine einzige Ampel zu steuern. Jede der entfernten Funkstellen 128, 130, 132 und 134
ist ein mikroprozessorbasiertes System, das Überwachung und Steuerung der lokalen
Straßenampelsteuerung durchführt. Dieses Merkmal stellt die Überwachungs- und
Bestätigungsaufgabe des Paketkommunikationsnetzwerks 100 zur Verfügung.
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Ein Blockdiagramm des Paketkommunikationsnetzwerks 100, das die Erfindung
verkörpert, ist in Fig. 2 gezeigt. Der zentrale Computer 102, der als ein Host-Gerät dient, ist
dargestellt, wie er mit einem der Kopfendfunkstellen, z. B. Kopfendfunkstelle 118 über
Leitung 126 kommuniziert. Die Kopfendfunkstelle 118 ist auch dargestellt, wie sie mit
einem Paar entfernter Funkstellen 134 kommuniziert. Eine des Paares entfernter
Funkstellen ist eine A-Stufenfunkstelle und wird so in Fig. 2 als entfernte Funkstelle 134A
ausgewiesen. Die Zweite des Paares entfernter Funkstellen ist eine B-Stufenfunkstelle
und wird als entfernte Funkstelle 134B ausgewiesen. Die entfernte Funkstelle 134A ist
mit Ampelsteuerung "A" verbunden und dient dazu, Daten an B-Stufenfunkstellen
weiterzugeben, die von Funkstelle 134A unterstützt werden. Ebenso ist die entfernte
Funkstelle 134B mit Ampelsteuerung "B" verbunden und dient dazu, Daten an C-
Stufenfunkstellen weiterzugeben, die von Funkstelle 134B unterstützt werden, falls
vorhanden. Jede der Funkstellen einschließlich der Kopfendfunkstelle 118 und der zwei
entfernten Funkstellen 134A und 134B sind im Aufbau identisch. Deshalb wird der
allgemeine Aufbau und die allgemeine Funktionsweise nur einer der Funkstelle detailliert
beschrieben werden.
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Jede der Funkstellen 118, 134A und 134B umfaßt eine serielle
Kommunikationssteuerung 136, 136A bzw. 1368, die als ein Eingabe/Ausgabeanschluß dient. Die Steuerung
136 dient als ein Eingabe/Ausgabeanschluß zwischen dem Zentralcomputer 102 und
Funkstelle 118, während Steuerungen 136A und 136B als Eingabe/Ausgabeanschlüsse
zwischen den jeweiligen Ampelsteuerungen "A" und "B" bzw. Funkstellen 134A und
134B dienen. Während des Übertragungs- oder Weitergabemodus empfängt die serielle
Kommunikationssteuerung 136 Anweisungs-/Steuerungsdaten von dem
Zentralcomputer 102 in der Form eines zusammengehängten Nachrichtenblocks. Danach sind die
verschiedenen Takt- und Timingpulse implementiert und der zusammengehängte
Nachrichtenblock wird in einem Kurzzeitspeicher gehalten, bis die nächste Stufe von
Übertragungsverarbeitung vorbereitet wird, um den zusammengehängten Nachrichtenblock zu
empfangen.
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Dann wird der zusammengehängte Datenblock von der Steuerung 136 zu einem
Netzwerksteuerungsmikroprozessor 138 während des Übertragungs- oder Weitergabemodus
übertragen. Der Netzwerksteuerungsmikroprozessor 138 dient dazu, ein
zusammengehängtes ausgehendes RF-Übertragungsdatenpaket zur Übertragung an die in Fig. 2
gezeigten entfernten Funkstellen 134A und 134B zu erzeugen. Die Herstellung des
zusammengehängten ausgehenden RF-Übertragungsdatenpakets wird detaillierter
unten in Verbindung mit Fig. 8 diskutiert. Der Mikroprozessor 138 bestimmt dann jede
der Empfangs- und Übertragungszuordnungen von all den entfernten Funkstellen 134A
und 1348 in dem Netzwerk 100.
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Danach hängt der Mikroprozessor 138 an das ausgehende RF-Übertragungsdatenpaket
eine Gruppe von Empfangs- und Sendezeitausgleichsanweisungen nur für die A-
Stufenfunkstellen (d. h., Funkstelle 134A in Fig. 2) an. Diese Anweisungen schließen z. B.
Übertragungszeitschlitzzuordnungen, Kanalzugriffssteueranweisungen und Ziel- oder
Absendercodes ein. Die Zuordnungsanweisungen steuern, welche entfernte Funkstelle
Nachrichten während der verfügbaren Zeitschlitze übertragen und empfangen kann. Die
Parameter, die verwendet werden, um zu bestimmen, welche entfernte Funkstelle
übertragen und empfangen kann und wann die Übertragung oder der Empfang auftreten
kann, umfassen die Stufe in der architektonischen Hierarchie, auf der die entfernte
Funkstelle beschrieben wird und die Länge der Nachrichtenübertragung. Zusätzlich
erlaubt der Ziel- oder Absendercode, der an das zusammengehängte Datenpaket
angehängt wird, daß einzelne Nachrichten durch die entfernten Funkstellen 134A und 134B
herausgefiltert werden.
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Das ausgehende RF-Übertragungsdatenpaket (RF = radio frequency, Funkfrequenz)
wird dann an einen Verbindungssteuerungsmikroprozessor 140 in den Übertragungs-
oder Weitergabemodus übertragen, wie in Fig. 2 gezeigt. Der
Verbindungssteuerungsmikroprozessor 140 wendet eine Vorwärtsfehlerkorrekturkodierung auf das ausgehende
RF-Übertragungsdatenpaket an, um den Effekt von Datenfehlern vor der Übertragung
zu minimieren. Zusätzlich erfüllt der Verbindungssteuerungsmikroprozessor 140 eine
Vielzahl von Zuordnungsaufgaben vor der Übertragung des ausgehenden RF-
Datenpakets. Die Zuordnungen umfassen beispielsweise das Festlegen eines
Zeitschlitzes für die Übertragung des ausgehenden Datenpakets auf einem RF-Kanal, das
Zuordnen einer RF-Übertragungsfrequenz, das Zurverfügungstellen eines Steuersignals,
um einen Sendeempfänger 142 anzuweisen in den Übertragungsmodus zu schalten und
das Empfangen eines Fertig-Zu-Empfangsantwortsignals von dem Sendeempfänger
142. Danach überträgt der Verbindungssteuerungsmikroprozessor 140 die Daten des
ausgehenden RF-Übertragungsdatenpakets an den Sendeempfänger 142.
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Das ausgehende Übertragungs-RF-Datenpaket wird von dem Sendeempfänger 142
empfangen. In dem Übertragungs- oder Weitergabemodus moduliert der
Sendeempfänger die seriellen Daten, die das ausgehende Datenpaket umfassen, auf eine RF-
Trägerwelle, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Danach überträgt eine
omnidirektionale Antenne 144 die RF-Trägerwelle, die mit dem zusammengehängten
Datenpaket von der Kopfendfunkstelle 118 moduliert ist, an jede lokale entfernte A-
Ebenenfunkstelle (z. B. Funkstelle 134A in Fig. 2) in Netzwerkzelle 110 in einer einzigen
Übertragung.
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Die mit dem zusammengehängten Datenpaket modulierte RF-Trägerwelle wird einer
omnidirektionalen Antenne 144A der A-Stufenfunkstelle 134A empfangen, wie in Fig. 2
gezeigt. Die RF-Trägerwelle wird dann an einen Sendeempfänger 142A übertragen, wo
sie einer Empfangsverarbeitung unterworfen wird. Die RF-Trägerwelle wird, wie im Stand
der Technik bekannt, demoduliert, um ein eingehendes zusammengehängtes
Datenpaket zur Verfügung zu stellen. Das eingehende Datenpaket wird dann an einen
Verbindungssteuerungsmikroprozessor 140A übertragen. Im Empfangsmodus erledigt der
Verbindungssteuerungsmikroprozessor 140A eine Vielzahl von Zuordnungsaufgaben
zum Verarbeiten des eingehenden Datenpakets. Die Zuordnungen umfassen
beispielsweise das Festlegen der Empfangsfrequenz innerhalb des Übertragungsempfängers
142A, das Anweisen des Sendeempfängers 142A, einen bestimmten RF-Kanal zu
überwachen, das Heraussuchen von Nachrichten aus dem eingehenden
zusammengehängten Datenpaket für die Ampelsteuerung "A" und Übertragen dieser Nachrichten an den
Verbindungssteuerungsmikroprozessor 140A. Der
Verbindungssteuerungsmikroprozessor 140A führt dann eine Fehlerermittlung und -korrektur mit dem eingehenden
Datenpaket durch und verwirft nur einzelne Nachrichten, die fehlerhaft sind. Der Rest des
eingehenden zusammengehängten Datenpakets, der gültig und fehlerfrei ist, wird an
einen Netzwerksteuerungsmikroprozessor 138A übermittelt.
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In dem Empfangsmodus empfängt der Netzwerksteuerungsmikroprozessor 138A der A-
Stufe die Teile des zusammengehängten Nachrichtenpakets von dem
Verbindungssteuerungsmikroprozessor 140A, die ohne Fehler empfangen wurden. Der A-
Stufenmikroprozessor 138A extrahiert einzelne Nachrichten von dem eingehenden
zusammengehängten Datenpaket, die einen Ziel- oder Empfängercode für den A-
Stufenhost, z. B. die Ampelsteuerung "A", enthalten. Diese Nachrichten werden dann an
die serielle Kommunikationssteuerung 136A übertragen, die als ein Ein- und
Ausgangsanschluß mit der Ampelsteuerung "A" dient.
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Danach extrahiert der A-Stufenmikroprozessor 138A aus dem eingehenden
zusammengehängten Nachrichtenpaket alle Nachrichten für entfernte Funkstellen (z. B. entfernte
Funkstelle 1348 in Fig. 2), die durch die entfernte A-Stufenfunkstelle 134A unterstützt
werden. Die extrahierten Nachrichten, die an die entfernten Funkstellen adressiert sind,
die durch die A-Stufenfunkstelle 134A unterstützt werden, werden dann umformatiert,
und eine Gruppe von Empfangs- und Übertragungszeitausgleichsanweisungen nur für
die B-Stufenfunkstellen (z. B. Funkstelle 134B in Fig. 2) werden an sie angehängt. Diese
Anweisungen sind denen ähnlich, die an das ausgehende RF-Übertragungsdatenpaket
der vorher beschriebenen Kopfendfunkstelle 118 angehängt wurden. Der
Mikroprozessor 138A überträgt dann das umformatierte Übertragungsdatenpaket zurück an den
Verbindungssteuerungsmikroprozessor 140A. Der
Verbindungssteuerungsmikroprozessor 140A, der Sendeempfänger 142A und die omnidirektionale Antenne 144A arbeiten
jeweils auf eine Art, identisch den entsprechenden Elementen der Kopfendfunkstelle 118
während einer Übertragung, wie oben beschrieben. So dient die entfernte A-
Stufenfunkstelle 134A dazu, Nachrichten des zusammengehängten Datenpakets von
der Kopfendfunkstelle 118 an die entfernte B-Stufenfunkstelle 1348 weiterzugeben.
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Die omnidirektionale Antenne 144A überträgt eine RF-Trägerwelle, die in dem
Sendeempfänger 142A mit dem umformatierten zusammengehängten Datenpaket von der
entfernten A-Stufenfunkstelle 134A moduliert wurde, an jede der entfernten, lokalen B-
Stufenfunkstellen (z. B. Funkstelle 134B in Fig. 2) in Netzwerkzelle 110 in einer einzelnen
Erledigung. Die mit dem zusammengehängten Datenpaket modulierte RF-Trägerwelle
wird mit einer omnidirektionalen Antenne 1448 der B-Stufenfunkstelle 134B empfangen,
wie in Fig. 2 gezeigt. Die RF-Trägerwelle wird dann zu einem Sendeempfänger 142B
übertragen, wo sie einer Empfangsverarbeitung unterworfen wird. Die RF-Trägerwelle
wird, wie es im Stand der Technik bekannt ist, demoduliert, um ein eingehendes
zusammengehängtes Datenpaket zur Verfügung zu stellen. Das eingehende Datenpaket wird
dann durch einen Verbindungssteuerungsmikroprozessor 140B und einen
Netzwerksteuerungsmikroprozessor 138B verarbeitet. Jedes dieser Elemente arbeitet auf eine Art
identisch zu den entsprechenden Elementen der entfernten A-Stufenfunkstellen 134A,
die oben diskutiert wurden. Diese an die Ampelsteuerung "B" gerichteten Nachrichten
werden an diese durch eine serielle Kommunikationssteuerung 1368 geleitet. Falls es in
dem Paketkommunikationsnetzwerk 100 eine entfernte C-Stufenfunkstelle gibt, schaltet
die B-Stufenfunkstelle 134B von dem Empfangs- zu dem Sendemodus und wiederholt
den Vorgang, der oben für die entfernte A-Stufenfunkstelle 134A beschrieben wurde.
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Ein Beförderungsdiagramm des zusammengehängten Datenpakets innerhalb der
Netzwerkzelle 110 ist in Fig. 3 gezeigt. Der zentrale Computer 102 wird gezeigt, wie er den
zusammengehängten Nachrichtenblock an Kopfendfunkstelle 118 über Kabel 126
überträgt. Die Kopfendfunkstelle 118 überträgt dann das durch Zahlzeichen 146 dargestellte
zusammengehängte Datenpaket an jede der entfernten A-Stufenfunkstellen 134A&sub1;,
134A&sub2;, 134A&sub3; und 134A&sub4;. Die entfernte A-Stufenfunkstelle 134A&sub1; überträgt dann ein
durch Zahlzeichen 146A&sub1; dargestelltes Datenpaket an die entfernten B-Stufenfunkstellen
134B&sub1;&sub1; und 134B&sub1;&sub2;. Danach befördert die entfernte B-Stufenfunkstelle 1348, ein durch
Zahlzeichen 146B dargestelltes Datenpaket an die entfernte C-Stufenfunkstelle 134C&sub1;&sub1;&sub1;.
Man beachte, daß jedes der zusammengehängten Datenpakete 146, 146A&sub1; und 146B
zunehmend kleiner werden. Dies ist mit der Tatsache konsistent, daß einzelne
Nachrichten aus dem Datenpaket 146 herausgefiltert werden und an die passenden
Ampelsteuerungen auf jeder Stufe der Architekturhierarchie übertragen werden. Zusätzlich befördert
die A-Stufenfunkstelle 134A&sub1; ein durch das Zahlzeichen 146A&sub2; dargestelltes Datenpaket
an B-Stufenfunkstelle 134B&sub2;&sub1;. Schließlich überträgt die A-Stufenfunkstelle 134A&sub3; ein
durch das Zahlzeichen 146A&sub3; dargestelltes Datenpaket an die B-Stufenfunkstellen
134B&sub3;&sub1; und 134B&sub3;&sub2;.
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Ein anderes Schaubild, das die Beförderung des zusammengehängten Datenpakets
innerhalb des Paketkommunikationsnetzwerks 100 erläutert, ist in Fig. 5a und 5b
gezeigt. Der Übertragungs- oder Weitergabemodus wird in Fig. 5a dargestellt, die
konsistent mit den Darstellungen in Fig. 1 und 3 ist. In Fig. 5a überträgt der zentrale Computer
102 den zusammengehängten Nachrichtenblock an die Kopfendfunkstelle 118 von
Netzwerkzelle 110 über Kabel 126. Das innerhalb der Kopfendfunkstelle 118 auf der
Nulltenebene gebildete, zusammengehängte Datenpaket wird über die omnidirektionale
Antenne 144 an alle entfernten Funkstellen 134 auf der A-Stufe gesendet. Das
gesendete Datenpaket enthält all die Nachrichten für jede entfernte Funkstelle in der
Netzwerkzelle.
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Bei der A-Stufenfunkstelle 134A&sub1; werden die an die Ampelsteuerung "A&sub1;" adressierten
Nachrichten herausgefiltert und an sie übertragen. Auch werden die Nachrichten
herausgefiltert, die an jede der entfernten Funkstellen 134 adressiert sind, die durch die A-
Stufenfunkstelle 134A, unterstützt werden. Alle verbleibenden Nachrichten werden
verworfen, die an andere A-Stufenfunkstellen adressiert sind, die nicht durch Funkstelle
134A&sub1; unterstützt werden. Das in der A-Stufenfunkstelle 134A&sub1; umformatierte
Datenpaket wird dann an jede der entfernten B-Stufenfunkstellen 134B&sub1;&sub1; und 134B&sub1;&sub2; gesendet.
Die an die jeweiligen Ampelsteuerungen auf der B-Stufe adressierten Nachrichten
werden herausgefiltert und an die jeweiligen Schnittpunkte übertragen. Schließlich wird das
in der B-Stufenfunkstelle 134B&sub1;&sub1; umformatierte Datenpaket an die entfernte C-
Stufenfunkstelle 134C&sub1;&sub1;, übertragen. Die an die Ampelsteuerung auf der C-Stufe
adressierten Nachrichten werden dann herausgefiltert und an die passende Ampelsteuerung
übertragen. Jede entfernte Funkstelle auf jeder Stufe der Architekturhierarchie umfaßt
die omnidirektionale Antenne 144, um sicherzustellen, daß jede lokale Funkstelle 134 in
der speziellen Netzwerkzelle die Übertragungssendung detektieren kann.
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Man beachte, daß jede der Funkstellen in dem die Beschreibung begleitenden Beispiel
von Fig. 5a (z. B. Kopfendfunkstelle 118, Funkstelle 134A&sub1; und Funkstelle 134B&sub1;&sub1;) das
gesamte zusammengehängte Datenpaket an jede der lokalen entfernten Funkstellen
sendet, die durch diese Sendefunkstelle unterstützt werden. Deshalb sind nur drei
ausgehende Übertragungssendungen erforderlich. In Fig. 5b werden die
Übertragungen umgekehrt und pflegen aufzutreten, wenn Überwachungs- und
Bestätigungssignale von den entfernten Funkstellen 134 an den zentralen Computer 102
über die Kopfendfunkstelle 118 übertragen werden. Es wird erwähnt, daß sieben
eingehende Übertragungen von den entfernten Funkstellen 134 unter diesen
Umständen erforderlich sind.
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Jede Kopfendfunkstelle 112, 114, 116 und 118 hat eine begrenzte Datenkapazität.
Die begrenzte Datenkapazität steuert die Zahl von entfernten Funkstellen 128, 130,
132 und 134 bei Verkehrsschnittpunkten, die unterstützt werden können. Nominell
kann jede Kopfendfunkstelle 112, 114, 116 und 118 ungefähr fünfzig entfernte
Funkstellen bei einer Datenrate von einer Nachricht pro Sekunde pro Schnittpunkt
unterstützen. Um mehr als fünfzig Schnittpunkte pro Kopfendfunkstelle 112, 114,
116 und 118 zu unterstützen, werden viele Netzwerkzellen 104, 106, 108 und 110
unter Benutzung von Frequenztrennung und geographischer Trennung konfiguriert,
wie in Fig. 1 gezeigt.
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Übertragungszeitdiagramme für das zusammengehängte Datenpaket werden in Fig.
4 gezeigt. Fig. 4a stellt eine beispielhafte Verbindung für eine
Datenpaketübertragung von Funkstelle #1 bis Funkstelle #3 und #4 über Funkstelle #2 mit einer
Beförderungsstufe dar. Fig. 4b stellt ein Zeitdiagramm der Übertragung eines
Datenpakets für ein Paketkommunikationsnetzwerk gemäß dem Stand der Technik dar. In
einer Datenpaketübertragung von Funkstelle #1 für Funkstellen #3 und #4 sind die
folgenden Übertragungen in einem Netzwerk gemäß dem Stand der Technik
erforderlich. Ein erstes mit dem Zahlzeichen 147 bezeichnetes Datenpaket stellt eine
Übertragung von Funkstelle #1 zu Funkstelle #3 über Funkstelle #2 dar. Ein zweites,
mit dem Zahlzeichen 148 bezeichnetes Datenpaket stellt eine Übertragung von
Funkstelle #2 zu Funkstelle #3 dar. Zwischen den Datenpaketen 147 und 148 gibt
es eine erste Paketschaltverzögerung. Eine Paketschaltverzögerung ist eine
Zeitverzögerung, die normalerweise mit dem Schalten des Funkstellensendeempfängers
142 zwischen dem Empfangs- und Übertragungsmodus verbunden ist. Ein drittes mit
dem Zahlzeichen 149 bezeichnetes Datenpaket stellt eine Übertragung von
Funkstelle #1 zu Funkstelle #4 über Funkstelle #2 dar. Zwischen den Datenpaketen 148
und 149 befindet sich auch eine zweite Paketschaltverzögerung. Ein viertes durch
das Zahlzeichen 150 bezeichnetes Datenpaket stellt eine Übertragung von
Funkstelle #2 zu Funkstelle #4 dar. Schließlich befindet sich zwischen den Datenpaketen
149 und 150 eine dritte Paketschaltverzögerung. So sind in dem
Paketkommunikationsnetzwerk gemäß dem Stand der Technik drei Paketschaltverzögerungen
erforderlich, um Daten von Funkstelle #1 zu Funkstellen #3 und #4 über eine Schaltstufe
zu übertragen.
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Fig. 4c veranschaulicht ein Zeitdiagramm der Übertragung eines Datenpakets, das das
adaptive Protokoll des Paketkommunikationsnetzwerkes 100 der vorliegenden Erfindung
verwendet. In einer Datenpaketübertragung von Funkstelle #1 zu Funkstellen #3 und #4
sind die folgenden Übertragungen erforderlich. Ein erstes mit dem Zahlzeichen 151
bezeichnetes Datenpaket stellt eine Übertragung von Funkstelle #1 für beide Funkstellen
#3 und #4 dar. Ein zweites durch das Zahlzeichen 152 bezeichnetes Datenpaket stellt
eine Übertragung von Funkstelle #2 zu Funkstellen #3 und #4 dar. Zwischen den
Datenpaketen 151 und 152 befindet sich eine Paketschaltverzögerung. So ist nur eine einzige
Paketschaltverzögerung erforderlich, um Daten von Funkstelle #1 zu Funkstellen #3 und
#4 zu übertragen. Durch die Verwendung des adaptiven Protokolls für das
Paketschaltnetzwerk 100 wird die Zahl von Paketschaltverzögerungen minimiert. Die mit jeder
Paketschaltvezögerung verbundene Zeit ist signifikant und benötigt tatsächlich mehr Zeit
als die tatsächliche Datenpaketübertragung. Deshalb wird die Zeit reduziert, um das
zusammengehängte Datenpaket zu übertragen, wenn das erfindungsgemäße Protokoll
verwendet wird.
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Die Datenrate des Paketkommunikationsnetzwerks 100 der vorliegenden Erfindung
beträgt eine Nachricht pro Sekunde pro Schnittpunkt. Jede Nachricht wird während eines
einzigen Zeitrahmens übertragen. Ein Zeitrahmen wird als das Zeitintervall zwischen
Nachrichten definiert, die durch das Paketkommunikationsnetzwerk 100 bei der
höchsten sich wiederholenden Rate übertragen werden sollen. Für ein Netzwerk, in dem die
schnellste Wiederholungsrate von Benutzernachrichten eine pro Sekunde ist, beträgt die
Rahmengröße eine Sekunde. Der Aufbau eines Rahmens 154 wird in Fig. 6
veranschaulicht. Jeder Rahmen 154 ist in drei Abschnitte eingeteilt, die einen
Rahmenanfangsabschnitt 156, einen Funkfrequenznachrichtenübertragungsabschnitt (RF-
Nachrichtenübertragungsabschnitt) 158 und einen Rahmenleerlaufabschnitt 160
umfassen.
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Der Rahmenanfangsabschnitt 156 stellt die Zeit dar, während der der zentrale Computer
102 den zusammengehängten Nachrichtenblock an die Kopfendfunkstellen 112, 114,
116 und 118 über die serielle Kommunikationsschnittstelle überträgt, die durch die
serielle Kommunikationssteuerung 136 eingerichtet ist. Der
RF-Nachrichtenübertragungsabschnitt 158 stellt den ausgehenden 162 (z. B. von Kopfendfunkstellen 112, 114, 116
und 118) und eingehenden 164 (z. B. zu Kopfendfunkstellen 112, 114, 116 und 118)
über-die-Luft-Nachrichtenübertragungszyklus dar. Schließlich stellt der
Rahmenleerlaufabschnitt 160 eine Zeitdauer dar, die zum Übertragen von Nachrichten von den
Kopfendfunkstellen 112, 114, 116 und 118 zu dem zentralen Computer 102 und zum
Anbieten von neuen und verlorenen entfernten Funkstellen 128, 130, 132 und 134 und
Aufnehmen in das Netzwerk 100 zugeteilt ist. Der Netzwerkzugangsabschnitt wird durch
das Zahlzeichen 166 wie in Fig. 6 gezeigt, dargestellt. Die gesamte Rahmenstruktur 154
hat einen Wiederholungszyklus von einer Sekunde.
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Die anfängliche Konfiguration des Netzwerks 100 wird automatisch und von den
Kopfendfunkstellen 112, 114, 116 und 118 nach außen hin durchgeführt. Eine Gruppe
von Zeitintervallen während des Rahmenleerlaufabschnitts 160 wird benutzt, um ein Hin-
und Zurücknetzwerkzugangsanbieten und eine Netzwerkszugangsanfrageerledigung
zwischen einer Funkstelle 128, 130, 132 und 134, die in dem Netzwerk 100 aktiv ist, und
einer Funkstelle, die versucht, in das Netzwerk 100 hineinzukommen, zu unterstützen.
Die Kopfendfunkstellen 112, 114, 116 und 118 erzeugen alle eine
Netzwerkszugangsanbietungsnachricht (NES-Nachricht) in jedem Rahmen 154 wie in Fig. 7 gezeigt. Die A-
Stufenfunkstellen 128, 130, 132 und 134, die direkten Funkfrequenzkontakt mit den
Kopfendfunkstellen 112, 114, 116 und 118 haben, empfangen die NES-Nachrichten. Die
A-Stufenfunkstellen 128, 130, 132 und 134 antworten auf die NES-Nachrichten mit
Netzwerkzugangsanforderungsnachrichten (NER-Nachrichten).
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Um Konflikte zwischen den Funkstellen zu vermeiden, wird die Identifikation (z. B. ID)
einer Funkstelle verwendet, um zu bestimmen, welches Zeitschlitzintervall für die NER-
Nachricht verwendet werden soll. In dem Netzwerk aktive Funkstellen erzeugen NES-
Nachrichten, die die Schlüsselparameter definieren, die eine Funkstelle benötigt, um in
das Netzwerk 100 hineinzukommen. Eine Funkstelle, die eine NES-Nachricht empfängt,
wird ihre zugeordnete ID verwenden, um einen Vorzugswert zu berechnen, um Konflikte
zu vermeiden, wenn viele Funkstellen auf die gleiche NES-Nachricht antworten. Der
zeitliche Ablauf, der mit diesem Hin- und Zurücknetzwerkzugangsanbieten und
Zugangsanforderungserledigung verbunden ist, ist in Fig. 7 gezeigt.
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Die Auswahl, welche NES-Nachricht ausgewählt werden soll, wenn viele NES-
Nachrichten detektiert werden, basiert auf der Stufe. So stehen A-Stufenfunkstellen in
direktem Funkkontakt mit den Kopfendfunkstellen 112, 114, 116 und 118, B-
Stufenfunkstellen sind eine Stufe an Funkkontakt entfernt von den Kopfendfunkstellen
112, 114, 116, und 118, und C-Stufenfunkstellen sind zwei Stufen entfernt. Entfernte
Funkstellen 128, 130,132 oder 134, die versuchen, in eine Netzwerkzelle 104, 106, 108
oder 110 hineinzukommen, werden für eine Zeitdauer NES-Nachrichten überwachen,
bevor sie einen Netzwerkzugang versuchen. Dies wird der Funkstelle eine
angemessene Prüfdauer zur Verfügung stellen, um unnötiges Weitergeben zu minimieren und
Weitergabeunterstützung unter den Funkstellen der gleichen Stufe zu verteilen. Sobald
die A-Stufenfunkstellen in das Netzwerk hineingekommen sind, werden sie anfangen,
NES-Nachrichten zu übertragen, die von den B-Stufenfunkstellen wahrgenommen
werden.
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Die Funkstelle, die einen Zugang in das Netzwerk 100 versucht, startet einen Zeitgeber
nach der Erzeugung einer NER-Nachricht, um den Empfang von adressiertem
ausge
henden Nachrichtenverkehr auszublenden. Falls eine ausgehende Nachricht, die an ein
neues Mitglied adressiert ist, vor dem Ablauf des Zeitgebers empfangen wird, wird die
neue Funkstelle anfangen, sich als ein Mitglied dieser Netzwerkzelle zu beteiligen. Falls
der Zeitgeber abläuft, bevor ein Zugang erreicht wurde, wird die Funkstelle einen Zugang
über eine Ausweichfunkstelle versuchen, falls eine existiert. Andernfalls wird die
Funkstelle zum Überwachen von NES-Nachrichten zurückkehren. Eine aktive Funkstelle, die
eine NER-Nachricht empfängt, prüft das Adreßfeld der Nachricht auf die ID. Falls die
Funkstelle der Adressat ist, wird die aktive Funkstelle den Zugangsunterstützungsprozeß
beginnen.
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Die aktive Funkstelle erzeugt eine Mitgliedhinzufügeaktualisiernachricht, die die neue
Mitglieds-ID enthält, die an die Funkstellen näher bei der Kopfendfunktstelle 112, 114,
116 oder 118 entlang des Übertragungsweges zwischen der Anbieterfunkstelle und der
Kopfendfunkstelle während der nächsten eingehenden Übertragungsmöglichkeit
gesendet werden wird. Eine Funkstelle, die eine Mitgliedshinzufügeaktualisiernachricht
empfängt, wird die neue Mitglieds-ID in ihre Unterstützungsliste eintragen. Die
Unterstützungsliste wird benutzt, um ausgehenden Verkehr zu filtern. Funkstellen werden nur
Nachrichtenverkehr für die entfernten Funkstellen 128, 130, 132 und 134 weiterleiten,
die in ihre Unterstützungsliste eingetragen sind. Wenn die Kopfendfunkstelle 112, 114,
116 oder 118 eine Mitgliedhinzufügeaktualisiernachricht empfängt, wird sie anfangen,
ausgehende Anweisungsdaten für das neue Mitglied zu übertragen.
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Falls eine entfernte Funkstelle länger als "n" aufeinanderfolgende Rahmen 154 keine
ausgehenden Nachrichten, die ihre Adresse enthalten, empfangen hat, wird sie
anfangen, NES-Nachrichten zu überwachen und einen Wiederzugang in das Netzwerk 100 zu
versuchen. Falls eine entfernte Funkstelle länger als "n" aufeinanderfolgende Rahmen
154 keine eingehenden Nachrichten von einer Funkstelle, die sie direkt unterstützt,
empfängt, wird sie die Funkstelle aus ihrer Unterstützungsliste löschen und Funkstellen
zu der Kopfendfunkstelle hin auf den Fehler aufmerksam machen. Während des
Netzwerkzugangsprozesses wird eine Funkstelle anfangs seinen Hauptfrequenzkanal
überwachen. Falls der Versuch, in das Netzwerk 100 wieder hineinzukommen, nicht
erfolgreich ist, wird sie andere Frequenzkanäle auf NES-Nachrichten überwachen. Falls die
Kopfendfunkstelle auf einen unterschiedlichen Frequenzkanal programmiert wurde oder
falls die Kopfendfunkstelle ausfällt, können die verlorenen entfernten Funkstellen in das
Netzwerk 100 auf einem unterschiedlichen Frequenzkanal oder in eine unterschiedliche
Zelle hineinkommen.
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Nachrichtentransportprotokolle stellen gesteuerte ausgehende/eingehende
Datenübertragung für jede Zelle 104, 106, 108 und 110 zur Verfügung. Der Übertragungszyklus für
die ausgehende RF-Datenübertragung 162 und die eingehende RF-Datenübertragung
164 tritt innerhalb des Rahmens von einer Sekunde auf, wie in Fig. 6 gezeigt. Eine
Veranschaulichung des ausgehenden RF-Übertragungsdatenpakets 162 ist in Fig. 8
gezeigt. Der ausgehende Datenfluß wird mit der Übertragung von Daten von dem zentralen
Computer 102 zu den Kopfendfunkstellen 112, 114, 116 und 118 begonnen. Die
Kopfendfunkstellen 112, 114, 116 und 118 empfangen Anweisungs- und Steuerdaten
von dem zentralen Computer 102 über den zusammengehängten Nachrichtenblock. Der
Nachrichtenblock ist eine Zusammenhängung aller ausgehenden Benutzernachrichten
für den bestimmten Rahmen 154 von dem zentralen Computer 102 zu all den entfernten
Funkstellen 128, 130, 132 und 134 in der Zelle 104, 106, 108 und 110.
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Die durch das Zahlzeichen 170 bezeichneten Kanalzugangssteueranweisungen, die an
den zusammengehängten Nachrichtenblock durch die Kopfendfunkstellen 112, 114, 116
und 118 angehängt werden, um das ausgehende RF-Übertragungsdatenpaket zu
bilden, sind in Fig. 8 gezeigt. Die Kanalzugangssteueranweisungen 170 enthalten eine
Gruppe von Zeitausgleichen in 1 msec Schritten für jede ausgehende und eingehende A-
Stufenübertragung. Die Zeitausgleiche werden basierend auf der
Funkverbindungsverknüpfung, die benutzt wird, um die Netzwerkzellen 104, 106, 108 oder 110 aufzubauen,
der Größe des zusammengehängten Datenpakets und den statistischen
Verzögerungen, die mit Funkstellenumschaltung von dem Empfangs- zu dem Übertragungsmodus
verbunden sind, berechnet. Die neue Gruppe von Kanalzugangssteueranweisungen
170, die die Zeitausgleiche für die B-Stufenfunkstellen enthalten, sobald die A-
Stufenfunkstellen das ausgehende RF-Übertragungsdatenpaket übertragen, wird auch
durch die Ein- und Auszeitausgleiche geliefert, wie in Fig. 8 gezeigt.
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Eine Prüfsumme, die in allen einzelnen Nachrichten in dem ausgehenden RF-
Übertragungsdatenpaket 162 enthalten ist, ist auch in Fig. 8 gezeigt. Die Prüfsumme
stellt sicher, daß nur einzelne Nachrichten im Fall von Bitfehlern verworfen werden.
Sowohl der durch das Zahlzeichen 172 gekennzeichnete Benutzerdatennachrichtabschnitt
als auch der Zugriffsteuerabschnitt 170 umfassen einen Adressatencode, um den
benannten Empfänger der Nachricht zu identifizieren. Der Benutzerdatennachrichtabschnitt
172 umfaßt auch Informationen bezüglich der Länge, der Art und Daten der Nachricht.
Es wird ferner bemerkt, daß die im Datennachrichtabschnitt 172 für die Übertragung des
Datenpakets zugeteilten Zeitschlitze auf der Größe der zu übertragenden Nachricht und
der in das Netzwerk 100 eingehenden dynamischen Nachrichtenlast basieren. Das
ausgehende RF-Übertragungsdatenpaket 162 umfaßt auch einen
Steuerungsheaderabschnitt 174. Der Steuerungsheaderabschnitt 174 umfaßt Informationen über die
Übertragungs-ID, der Nummer und Zeit des Rahmens 154 und der Prüfsumme.
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Da das adaptive Protokoll für das Paketkommunikationsnetzwerk 100 viele
zusammengehängte Nachrichten zwischen dem zentralen Computer 102 und den entfernten
Funkstellen 128, 130, 132, und 134, die sich bei verschiedenen Zielen befinden, als eine
einzige Erledigung handhaben kann, wird die Zeit zum Ausliefern des periodischen
Datenpakets minimiert und Datenübertragungen sind schneller. Darüber hinaus hat das
Netzwerk 100 die Fähigkeit, eine größere Zahl von entfernten Funkstellen für einen
einzigen zentralen Computer 100 mit der gleichen Frequenzbandbreitenzuteilung zu
unterstützen. Eine größere Anzahl von unterstützten entfernten Funkstellen führt zu
einem größeren zusammengehängten Datenpaket, das eine größere Nachrichtendichte
aufweist. Darüber hinaus benötigt das adaptive Protokoll der vorliegenden Erfindung nur
einige Millisekunden für jede Weitergabeübertragung zwischen Stufen der entfernten
Funkstellen.
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So wurde die vorliegende Erfindung hierin unter Bezugnahme auf eine besondere
Ausführungsform für eine besondere Anwendung beschrieben. Fachleute mit Zugang zu den
vorliegenden Lehren werden zusätzliche Modifikationen, Anwendungen und
Ausführungsformen innerhalb deren Umfang erkennen. Obwohl die detaillierte Beschreibung
auf ein Paketkommunikationsnetzwerk gerichtet ist, wie es bei einem
Verkehrsampelsteuersystem angewendet wird, ist die vorliegende Erfindung gleichfalls bei der
Steuerung von militärischen Artilleriesystemen anwendbar.