DE69326270T2

DE69326270T2 - Kommunikationsverfahren und -system zwischen sich bewegenden Teilnehmern

Info

Publication number: DE69326270T2
Application number: DE69326270T
Authority: DE
Inventors: Amir Schorr; Aviv Tzidon
Original assignee: BVR Technologies Ltd
Current assignee: Elbit Systems Ltd
Priority date: 1992-01-30
Filing date: 1993-01-29
Publication date: 2000-05-18
Anticipated expiration: 2013-01-30
Also published as: EP0561129A2; EP0561129A3; US5396644A; IL100804A; EP0561129B1; DE69326270D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Ausführung einer Datenkommunikation zwischen einer Anzahl nichtstationärer Teilnehmer.
Die Kommunikation zwischen einem Sender und einem Empfänger ist nur innerhalb eines vorgegebenen Radius R wirksam. Wenn eine Datenkommunikation zwischen sich bewegenden Teilnehmern erforderlich ist, deren jeder mit einem geeigneten Sender und Empfänger ausgerüstet ist, würde jeder Teilnehmer Daten empfangen, die von jedem anderen Teilnehmer innerhalb eines Radius R gesendet werden, natürlich wenn nicht Schritte unternommen werden, dies zu verhindern. Es ist zwar möglich, jedem der Teilnehmer unterschiedliche Sendefrequenzen zuzuweisen, aber dies ist nicht ausführbar, wenn eine völlig reziproke Datenkommunikation zwischen allen Teilnehmern erforderlich ist. Eine solche reziproke Datenkommunikation ist zum Beispiel ein Erfordernis bei Militärflugzeugen, wo eine begrenzte Anzahl von Piloten in der Lage sein müssen, mit anderen Piloten der eigenen Truppe Kontakt zu halten, die daher alle auf der gleichen Frequenz Daten senden und empfangen müssen.
Bei einer solchen Datenkommunikation ist es zweifellos unumgänglich, daß ein Pilot zu einem gegebenen Zeitpunkt Daten von nur einem Sender empfängt, um das Durcheinander zu vermeiden, das durch den gleichzeitigen Empfang von mehr als einer Übertragung entstehen würde. Dieses Erfordernis kann stets am einfachsten erzielt werden, indem jedem der Teilnehmer Zeitabschnitte bzw. Zeitscheiben zugewiesen werden, so daß während einer gegebenen Zeitscheibe nur einer senden kann. Nach einem derartigen Verfahren sendet jeder Teilnehmer Daten nur während seiner Zeitscheibe, und alle Teilnehmer innerhalb eines Radius R um den sendenden Teilnehmer empfangen die gesendeten Daten.
Eine solche Verfahrensweise wird in der WO-A-88/04 497 von Plessey Overseas Limited offenbart, die ein Verfahren zur Netzverwaltung für ein Funkkommunikationsnetz beschreibt. Jede Station in dem Netz weist eine Sende- Empfangs-Einrichtung und einen oder mehrere Steuerkanäle auf, die jeweils auf einer anderen vorgegebenen Frequenz arbeiten. Jeder Station ist eine Rangstellung in einer Stations-Prioritätsliste zugeordnet, welche die Steuerung des Netzes übernehmen kann, und jede Station überwacht den oder die Steuerkanäle, um festzustellen, ob die Steuerung bereits von einer anderen Station hergestellt worden ist. Wenn ja, dann werden die Steuersignale von der anderen Station akzeptiert. Andernfalls sendet die Station auf dem Steuerkanal oder den Steuerkanälen zu einem durch die Rangstellung der Station festgelegten Zeitpunkt Steuersignale zur Übernahme der Steuerung des Netzes.
Durch derartige Mittel kann eine Station, die "auf Sendung" gehen möchte, dies in der richtigen Synchronisation mit anderen, bereits in Betrieb befindlichen Stationen tun. Wenn keine solchen anderen Stationen bereits in Betrieb sind, dann kann die neue Station die Steuerung gemäß einer vorgegebenen Priorität einleiten. Dadurch wird sichergestellt, daß, wenn mehr als eine Station gleichzeitig "auf Sendung" gehen möchten, die Steuerung an diejenige mit dem höchsten Rang übergeben wird.
Ein solches Verfahren gestattet das Einrichten einer Übertragung ohne vorherige Kenntnis der Anzahl oder Position von aktiven Stationen im Netz. Das Verfahren ist jedoch unempfindlich gegenüber dem gegenseitigen Abstand zwischen Stationen. Wie oben festgestellt, können Stationen, deren gegenseitiger Abstand den Sendebereich übersteigt, einander unmöglich stören. Einer Station braucht daher ungeachtet ihres Ranges die Steuerung nicht verweigert zu werden, wenn innerhalb des Bereichs keine andere Station aktiv ist. Diese Überlegung wird jedoch durch die oben beschriebene Druckschrift nicht angesprochen.
Die Mehrfachzugriffsteuerung mit Zeitmutiplexing wird in "Advances in Packet Radio Technology" (Fortschritte in der Paketfunktechik) von Robert E. Kahn in Proceedings of the IEEE, Bd. 66, Nr. 11, November 1978, beschrieben. In dieser Arbeit wird angenommen, daß eine Gruppe von Funkgeräten, die über ein geographisches Gebiet verteilt sind und als "Rückgrat" bezeichnet werden, den Benutzern eine trägerartige Paketkommunikation liefert. Diese Rückgrat-Funkgeräte, die als Repeater bzw. Zwischenverstärker bezeichnet werden, empfangen Pakete von nahegelegenen Benutzern und senden sie weiter. Die Repeater nehmen außerdem Pakete von nahegelegenen Repeatern zum Weitersenden auf. Dadurch wird die Reichweite des Systems über die geometrische Sichtlinie hinaus erweitert. Für militärischen Betrieb, wo die Stationierung eines separaten Rückgratnetzes unter Umständen undurchführbar sein könnte, ließe sich das Funkgerät jedes Benutzers so ausstatten, daß nicht nur sein eigener Funkverkehr, sondern auch der von anderen vorgesehenen Benutzern unterstützt wird. Ein solches Netz kann zwar mobil sein, aber es wird angenommen, [Seite 1480, § G. Mobile Operation], daß Stationen und Repeater, wenn überhaupt, sich relativ langsam bewegen, so daß topologische Veränderungen im Rückgrat selten sind. Dies ist natürlich ganz und gar nicht der Fall bei der Kommunikation zwischen Militärflugzeugen und sogar zwischen Zivilflugzeugen, wo sich Flugzeuge mit hohen Relativgeschwindigkeiten bewegen.
Als Hilfsmittel zur Verbesserung des Pseudoentfernungsmeßverfahrens, der Punkt-zu-Punkt-Routenfestlegung, der Routenauswertung mobiler Endstationen und anderer Netzverfahren wird die Idee diskutiert, daß jedes Paketfunkgerät seine Position rundsendet [Seite 1488, $ E. Position Location]. Es wird jedoch kein Vorschlag gemacht, den gegenseitigen Abstand zwischen Benutzern zu verfolgen, um eine Simultankommunikation zwischen Nutzerpaaren zu ermöglichen, die sich außerhalb des gegenseitigen Sendebereichs befinden.
Es ist offensichtlich, daß die bloße Zuweisung von eindeutig festgelegten Zeitscheiben zu jedem Benutzer zwar einfach, aber ineffizient ist, da sie einen Teilnehmer daran hindert, außerhalb seiner zugewiesenen Zeitscheibe Daten zu senden, selbst wenn absolut keine Gefahr besteht, daß ein Empfänger zwei derartige Sendungen gleichzeitig empfängt. Anders gesagt, wenn ein Teilnehmer A zum gleichen Zeitpunkt Daten an seinen Nachbarn B senden möchte, in dem ein anderer Teilnehmer C Daten an seinen Nachbarn D senden möchte, dann wird C daran gehindert, während der Zeitscheibe von A zu senden, und natürlich umgekehrt, selbst wenn A und B einerseits und C und D andererseits so weit voneinander entfernt sind, daß keine Gefahr bestünde, daß A oder B die Sendung von C empfangen oder daß C oder D die Sendung von A empfangen.
Es wäre zweifellos wünschenswert, die gewünschte Datenkommunikation gemäß einem Verfahren auszuführen, das den gegenseitigen Abstand zwischen den Teilnehmern berücksichtigt. Wenn man jedoch daran denkt, daß sich alle Teilnehmer gegeneinander bewegen, und im besonderen Fall eines Kampfflugzeugs tatsächlich mit sehr hohen Geschwindigkeiten, dann ist dies offenbar keine leichte Aufgabe.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin; ein Verfahren und ein System zur Ausführung der erforderlichen bidirektionalen Datenkommunikation zwischen einer endlichen Anzahl N von nichtstationären Teilnehmern so auszuführen, daß die mit den bisher vorgeschlagenen Verfahren verbundenen Probleme wesentlich verringert oder beseitigt werden.
Nach einem allgemeinen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Ausführung einer Datenkommunikation zwischen einer endlichen Anzahl N von Teilnehmern bereitgestellt, die jeweils über eine maximale vorgegebene Reichweite R Daten senden und empfangen und zu einem gegebenen Zeitpunkt nur eine Datenmitteilung empfangen können, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
(a) Definition von N verschiedenen Prioritätslisten, die so eingerichtet sind, daß jeder Teilnehmer in jeder Prioritätsliste nur einmal in unterschiedlicher Position erscheint, wobei die Korrelation zwischen aufeinanderfolgenden Prioritätslisten minimal ist,
(b) Zuweisen von N ersten Zeitscheiben, während jeder von denen eine entsprechende von den Prioritätslisten wirksam ist,
(c) Zuweisen von N zweiten Zeitscheiben, während jeder von denen ein entsprechender Teilnehmer M seine Identität sowie entsprechende Identitäten aller seiner nahen Nachbarn B(M) sendet, die sich innerhalb eines Radius R um ihn herum befinden,
(d) Speichern einer Identität aller nahen Nachbarn B(A) für jeden Teilnehmer A innerhalb eines Radius R um diesen herum sowie einer Identität aller fernen Nachbarn C(A), die innerhalb eines Radius R um seine nahen Nachbarn liegen und nicht auch nahe Nachbarn B (A) von A sind,
(e) Zulassen, daß während jeder ersten Zeitscheibe jeder Teilnehmer, der für die entsprechende erste Zeitscheibe eine höhere Priorität hat als alle seine nahen und fernen Nachbarn, Daten einschließlich der Identitäten mindestens derjenigen von seinen nahen Nachbarn sendet, die seit seiner vorhergehenden Sendung nahe Nachbarn wurden,
(f) Wiederholen der Schritte (d) und (e) für jede Zeitscheibe,
(g) Hinzufügen des jeweiligen Teilnehmers M zu seinen nahen Nachbarn B(A) während jeder zweiten Zeitscheibe für jeden Teilnehmer A, der eine Datenübertragung von dem jeweiligen Teilnehmer M empfängt, der unter seinen jeweiligen nahen Nachbarn B(A) nicht enthalten ist,
(h) Löschen des jeweiligen Teilnehmers M aus seinen nahen Nachbarn B(A) und Löschen etwaiger naher Nachbarn B(M) von M, die nicht auch nahe Nachbarn B(A) von A sind, aus seinen fernen Nachbarn C(A) während jeder zweiten Zeitscheibe für jeden Teilnehmer A, der keine Datenübertragung von dem jeweiligen Teilnehmer M empfängt, der unter seinen nahen Nachbarn B(A) enthalten ist, und
(i) Wiederholen der Schritte (g) und (h) für jede zweite Zeitscheibe.
Ein System zur Ausführung eines derartigen Verfahrens weist bezüglich jedes Teilnehmers A auf:
einen Sender zum Senden von Daten über eine maximale vorgegebene Distanz R,
einen Empfänger zum Empfangen übertragener Daten, eine mit dem Sender und dem Empfänger gekoppelte Verarbeitungseinrichtung zum Verarbeiten von durch diese gesendeten und empfangenen Daten gemäß einem vorgegebenen Befehlssatz,
einen ersten, mit der Verarbeitungseinrichtung gekoppelten Speicher zum Speichern des vorgegebenen Befehlssatzes,
einen zweiten, mit der Verarbeitungseinrichtung gekoppelten Speicher zum Speichern einer Menge von N verschiedenen Prioritätslisten, die so eingerichtet sind, daß jeder der N Teilnehmer in jeder Prioritätsliste nur einmal in unterschiedlicher Position erscheint, wobei die Korrelation zwischen aufeinanderfolgenden Prioritätslisten minimal ist,
einen dritten Speicher zum Speichern einer Identität aller nahen Nachbarn B(A) innerhalb eines Radius R um den jeweiligen Teilnehmer A sowie einer Identität aller fernen Nachbarn C(A), die innerhalb eines Radius R um seine nahen Nachbarn B(A) liegen, dabei aber nicht zu seinen nahen Nachbarn B(A) gehören,
eine globale Synchronisationseinrichtung, die mit der Verarbeitungseinrichtung gekoppelt ist, um deren Betrieb mit dem der übrigen (N-1) Verarbeitungseinrichtungen zu synchronisieren,
eine mit der globalen Synchronisationseinrichtung gekoppelte erste Zuweisungseinrichtung zum Zuweisen von N ersten Zeitscheiben, während jeder von denen eine entsprechende von den gespeicherten Prioritätslisten wirksam ist, und
eine mit der globalen Synchronisationseinrichtung gekoppelte zweite Zuweisungseinrichtung zum Zuweisen von N zweiten Zeitscheiben, jeweils bezüglich eines entsprechenden Teilnehmers.
In einem derartigen System arbeitet die Verarbeitungseinrichtung gemäß dem oben beschriebenen Verfahren.
Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Kommunikation in einer Reihe von Zyklen ausgeführt, wobei jeder dieser Zyklen N erste Zeitscheiben, die sich jeweils auf einen der Teilnehmer beziehen, und eine kleinere Teilmenge m von zweiten Zeitscheiben enthält, die sich jeweils auf eine entsprechende Anzahl m von Teilnehmern beziehen. Ein vollständiger Kommunikationszyklus würde dann N/m derartige Zyklen aufweisen, so daß in einem vollständigen Zyklus jeder Teilnehmer A von jedem neuen Nachbarn innerhalb seines Funkbereichs Kenntnis erhält. Ebenso wird er innerhalb eines solchen vollständigen Zyklus durch seine nahen Nachbarn B(A) über alle neuen fernen Nachbarn C(A) informiert.
Wenn der Teilnehmer A während einer der ersten Zeitscheiben sendet, hören ihn alle seine nahen Nachbarn B(A), da jedes Mitglied von B(A) und C(A) schweigt. Dies folgt, da während der Zeitscheibe, in der A sendet, alle nahen und fernen Nachbarn H(A) und C(A) von A eine niedrigere Priorität als A haben und da ferner seine nahen Nachbarn B(A) und seine fernen Nachbarn C(A) Kenntnis von A's Existenz haben und daher keinen Versuch unternehmen, während dieser Zeitscheibe miteinander zu kommunizieren.
Andererseits können andere Teilnehmer als die nahen Nachbarn B (A) und die fernen Nachbarn C (A) von A in der Tat zur gleichen Zeit wie A ohne Gefahr einer Interferenz mit A senden.
Zum besseren Verständnis der Erfindung, und um zu erkennen, wie diese in die Praxis umgesetzt werden kann, wird nachstehend eine bevorzugte Ausführungsform lediglich anhand eines nicht einschränkenden Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Diagramm, das bei der Erklärung einiger mit der Erfindung verbundener Fachausdrucke nützlich ist;
Fig. 2 einen Teil eines Flußdiagramms, das die Hauptschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt;
Fig. 3 eine Fortsetzung des in Fig. 2 dargestellten Flußdiagramms; und
Fig. 4 ein Blockschaltbild, das funktionell die Hauptkomponenten in einem erfindungsgemäßen System darstellt.
In Fig. 1 ist ein Teilnehmer 10 dargestellt, der von einer Reihe anderer Teilnehmer 11, 12, 13 und 14 umgeben ist, die alle in einem Kreis 15 mit dem Radius R um den Teilnehmer 10 liegen. Innerhalb eines Abstands R von jedem der Teilnehmer 11, 12, 13 und 14 befinden sich zusätzliche Teilnehmer 16, 17, 18, 19 und 20, deren Abstand vom Teilnehmer 10 größer als R ist.
Da der Abstand des Teilnehmers 10 von den Teilnehmern 11, 12, 13 und 14 nicht größer als R ist, befindet sich jeder der Teilnehmer 10-14 innerhalb des gegenseitigen Kommunikationsbereichs. Da außerdem der Abstand vom Teilnehmer 13 zum Teilnehmer 16 oder vom Teilnehmer 14 zu den Teilnehmern 17 und 18 zum Beispiel nicht größer als R ist, ist auch eine gegenseitige Kommunikation zwischen diesen Teilnehmern möglich. Da andererseits der Abstand vom Teilnehmer 10 zu jedem der Teilnehmer 16-20 größer als R ist, ist eine Kommunikation zwischen dem Teilnehmer 10 und einem dieser Teilnehmer offensichtlich nicht möglich.
Während der folgenden Erläuterung wird der Teilnehmer 10 mit A bezeichnet, die Teilnehmer 11-14 werden mit B(A) bezeichnet und als nahe Nachbarn von A benannt, und die Teilnehmer 16-20 werden mit C(A) bezeichnet und als ferne Nachbarn von A benannt. Die Bedeutung dieser Bezeichnungen wird nachstehend erläutert. Da der maximale Abstand von A zu einem nahen Nachbarn B(A) von A gleich R und der maximale Abstand von diesem nahen Nachbarn B(A) zu einem fernen Nachbarn C(A) von A ebenfalls gleich R ist, folgt daraus, daß der maximale Abstand zwischen A und den fernen Nachbarn C(A) von A gleich 2R ist. Folglich befinden sich die fernen Nachbarn C(A) von A alle innerhalb eines Ringes, der durch den Kreis 15 und einen äußeren Kreis 21 vom Radius 2R mit Mittelpunkt in A definiert ist.
Die nahen Nachbarn von A, d. h. B(A), liegen alle innerhalb des Kommunikationsbereichs von A. Offensichtlich liegen sie unter Umständen nicht unbedingt alle innerhalb des gegenseitigen Kommunikationsbereichs, da z. B. der Abstand zwischen dem Teilnehmer 11 und dem Teilnehmer 13 zweifellos größer als R ist. In der folgenden Erläuterung wird jedoch das Verfahren unter besonderer Bezugnahme auf den Teilnehmer 10 erläutert, der als A bezeichnet wird, wobei es sich versteht, daß mit den notwendigen Abänderungen genau die gleichen Prinzipien für alle übrigen Teilnehmer gelten, wobei die Bezeichnungen A, B(A) und C(A) gegebenenfalls für verschiedene Teilnehmer gelten.
Man wird ferner erkennen, daß die in Fig. 1 abgebildete Situation sich normalerweise bezüglich ähnlicher Teilnehmermengen außerhalb des Umfangs des zweiten Kreises 21 vom Radius 2R um A wiederholt. Soweit andere Teilnehmermengen betroffen sind, kann der entsprechende zentrale Teilnehmer A sowohl Daten senden als auch Daten von allen seinen nahen Nachbarn B(A) empfangen, ohne daß die Gefahr einer Interferenz mit ähnlichen Datenübertragungen bezüglich benachbarter Teilnehmermengen besteht, wenn man erkennt, daß alle derartigen zentralen Teilnehmer A sowie ihre nahen Nachbarn B(A) um mehr als den Grenzradius R gegeneinander versetzt sind.
Ferner ist zu entnehmen, daß die fernen Nachbarn von A, d. h. C(A), die sich innerhalb des Grenzradius R mindestens eines der nahen Nachbarn B(A) von A befinden, mit diesen nahen Nachbarn B(A) von A kommunizieren können. Folglich muß sichergestellt werden, daß jede Gefahr einer Störung zwischen der Sendung von A an seine nahen Nachbarn B(A) und der gleichzeitigen Sendung seiner fernen Nachbarn C(A) an die gleichen nahen Nachbarn B(A) verhindert wird.
Eine weitere Überlegung ist, daß die in Fig. 1 abgebildete Situation dynamisch ist und sich ständig ändert. Das heißt, daß selbst dann, wenn der als A abgebildete zentrale Teilnehmer 10 in bezug auf sich selbst immer stationär ist, seine nahen bzw. fernen Nachbarn B(A) bzw. C(A) sich in einem ständig fließenden Zustand befinden, wobei unterschiedliche Teilnehmer laufend in die Kreise 15 und 21 eintreten und diese verlassen.
Im folgenden wird anhand von Fig. 2 und 3 das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben. Unter der Annahme, daß die maximale Teilnehmerzahl gleich N ist, werden N reguläre Zeitscheiben (welche die ersten Zeitscheiben bilden) und weitere N neue Zeitscheiben (welche die zweiten Zeitscheiben bilden) zugewiesen. Während einer regulären Zeitscheibe können ein oder mehrere Teilnehmer (wahlweise) Daten übertragen, vorausgesetzt, daß bestimmte Bedingungen erfüllt sind, die nachstehend beschrieben werden. Während der neuen Zeitscheiben ist einer (und nur einer) der Teilnehmer verpflichtet, seine Identifikation sowie die Identität aller seiner nahen Nachbarn B(A) zu senden. Mit jedem Teilnehmer A sind zwei Listentypen verbunden: eine Anzahl N von Prioritätslisten, die statisch ist und unverändert bleibt, und eine Liste seiner nahen Nachbarn B(A) und seiner fernen Nachbarn C(A), die natürlich dynamisch ist und sich ständig ändert.
Von den N Prioritätslisten ist jeder der regulären Zeitscheiben eine Liste zugewiesen, und die Listen sind so eingerichtet, daß jeder Teilnehmer in jeder Prioritätsliste nur einmal erscheint und in jeder der Prioritätslisten in unterschiedlicher Position erscheint. So erscheint jeder Teilnehmer in einer der Prioritätslisten mit höchster Priorität, in einer anderen Prioritätsliste mit zweithöchster Priorität und so weiter. Die Prioritätsreihenfolge in aufeinanderfolgenden Prioritätslisten ist so eingerichtet, daß eine minimale Korrelation zwischen den Prioritätslisten und besonders zwischen aufeinanderfolgenden Prioritätslisten besteht.
Vorzugsweise erfolgt die Übertragung in einer Reihe von Zyklen, deren jeder eine vollständige Menge N von regulären Zeitscheiben und eine kleinere Teilmenge m von neuen Zeitscheiben aufweist. Folglich gibt es in N/m derartigen Zyklen eine vollständige Menge N von neuen Zeitscheiben, während derer jeder einzelne Teilnehmer in der Lage ist, seine Identität zusammen mit denen seiner nahen Nachbarn B(A) zu übertragen.
Die Prioritätslisten sind bei allen Teilnehmern bekannt, so daß während jeder gegebenen allgemeinen Zeitscheibe jeder Teilnehmer Daten übertragen kann, wenn und nur wenn er eine höhere Priorität hat als alle seine nahen Nachbarn B(A) sowie seine fernen Nachbarn C(A). Damit dies möglich ist, sind die Zeitscheiben für alle Teilnehmer global synchronisiert, wobei jede der Prioritätslisten mit einer entsprechenden von den allgemeinen Zeitscheiben verbunden ist. In der Praxis wird durch ausschließliche Anwendung der Zwangsbedingung, daß ein bestimmter Teilnehmer A eine höhere Priorität haben muß als alle seine nahen Nachbarn B(A) und seine fernen Nachbarn C(A), im allgemeinen mehr als einem Teilnehmer gestattet, in einer gegebenen Zeitscheibe gleichzeitig zu senden. Dies ist natürlich eine deutliche Verbesserung gegenüber den Systemen, die mehrere Zeitscheiben zuweisen, eine bezüglich jedes Teilnehmers in jedem Kommunikationszyklus, so daß jeder Teilnehmer nur während seiner zugewiesenen Zeitscheibe senden kann.
Eine weitere Folge des vorgeschlagenen Verfahrens ist, daß jeder Teilnehmer A in der Lage ist, während des vollständigen Zyklus um einen Faktor von etwa N/(B(A) +C(A)) mehr Informationen zu senden, d. h. um die Gesamtzahl der Teilnehmer, dividiert durch die Summe seiner nahen und fernen Nachbarn. Dies ist natürlich besser als bei einem statischen Netz, in dem jedem Benutzer nur gestattet ist, während 1/N der gesamten Zykluszeit zu senden.
Jedesmal, wenn ein Teilnehmer A während einer regulären Zeitscheibe Daten sendet, sendet er auch die Identitäten aller derjenigen nahen Nachbarn B(A), die seit der vorhergehenden Übertragung seine nahen Nachbarn wurden. Jeder seiner nahen Nachbarn B(A), der eine solche Sendung empfängt, aktualisiert nach Bedarf die Identitäten seiner entsprechenden fernen Nachbarn C(B(A)), da jeder neue nahe Nachbar B(A) von A entweder ein naher Nachbar jedes der nahen Nachbarn von A oder sonst ein ferner Nachbar sein muß. Dadurch haben alle in Fig. 1 dargestellten Teilnehmer trotz der Tatsache, daß sie sich bewegen, ständig Kenntnis von der Gegenwart der anderen Teilnehmer.
Während einer sogenannten neuen Zeitscheibe sendet der jeweilige Teilnehmer A seine Identität sowie die jeweiligen Identitäten aller seiner nahen Nachbarn B(A). Alle nahen Nachbarn B(A) von A, die eine solche Sendung empfangen, erkennen A entweder als früheren nahen Nachbarn oder interpretieren ihn als neuen nahen Nachbarn. Im letzteren Fall werden diese nahen Nachbarn ihre entsprechenden Listen der nahen Nachbarn so aktualisieren, daß sie die Identität von A darin aufnehmen.
Wenn andererseits während einer neuen Zeitscheibe der sendende Teilnehmer A durch einen oder mehrere seiner gegenwärtig definierten nahen Nachbarn B(A) nicht empfangen wird, läßt dies darauf schließen, daß A zwar während seiner vorhergehenden Übertragung einer von ihren nahen Nachbarn war, sich aber von ihnen über den Grenzradius R fortbewegt hat und daher nicht mehr so aufgefaßt werden kann. Unter diesen Umständen löschen diejenigen nahen Nachbarn, welche die Sendung von A nicht mehr empfangen, seine Identität aus ihren entsprechenden Listen naher Nachbarn sowie aus ihren entsprechenden Listen ferner Nachbarn von A B(A), die nicht auch ihre eigenen nahen Nachbarn sind.
Betrachtet man daher nochmals die Situation aus der Perspektive von A, wenn er die Übertragung eines seiner nahen Nachbarn B(A) während der ihm zugewiesenen neuen Zeitscheibe nicht empfängt, dann löscht er die Identität dieses besonderen nahen Nachbarn aus seiner Liste naher Nachbarn B(A) und außerdem aus seiner entsprechenden Liste ferner Nachbarn C(A) etwaige nahe Nachbarn B(B(A)) des sendenden nahen Nachbarn, die nicht auch nahe Nachbarn B(A) von A sind.
Da die meisten Neulinge für die Menge B(A) aus der Gruppe C(A) stammen, die A sowieso schon bekannt sind, wird man erkennen, daß eine Synchronisation zwischen einem Neuling für A und der früheren Gruppe seiner nahen Nachbarn normalerweise nicht erforderlich ist.
In Fig. 4 der Zeichnungen ist ein Kommunikationssystem zur Ausführung des Verfahrens dargestellt, das oben unter Bezugnahme auf Fig. 1-3 der Zeichnungen beschrieben wurde. So wird für jeden Teilnehmer ein Sender 25 und ein Empfänger 26 bereitgestellt, die an eine gemeinsame Antenne 27 gekoppelt sind. Mit dem Sender ist ein Digital-Analog-Wandler (D/A-Wandler) 29 gekoppelt, der mit einem Mikroprozessor 30 verbunden ist. Ebenso ist ein Analog-Digital-Wandler (A/D-Wandler) 32 zwischen den Empfänger 26 und den Mikroprozessor 30 gekoppelt.
Ein Festwertspeicher (ROM) 33 und ein Direktzugriffsspeicher (RAM) 34 sind mit dem Mikroprozessor 30 gekoppelt, der über einen Quarzkristall 35 Taktsignale empfängt.
Die Taktsignale bezüglich jedes der Mikroprozessoren 30 für alle Teilnehmer werden global synchronisiert, so daß alle Mikroprozessoren 30 entsprechend einem in ihren jeweiligen ROMs 33 gespeicherten Befehlssatz exakt synchron arbeiten.
Jede der obenerwähnten Prioritätslisten wird in dem RAM 34 gespeichert, ebenso wie die Listen der nahen und fernen Nachbarn des jeweiligen Teilnehmers.
So werden unter der Steuerung des Mikroprozessors 30 die regulären und neuen Zeitscheiben entsprechend dem im ROM 33 gespeicherten Befehlssatz zugewiesen, und für jede zugewiesene Zeitscheibe prüft der Mikroprozessor 30, ob die gegenwärtig zugewiesene Zeitscheibe eine reguläre Zeitscheibe oder eine neue Zeitscheibe ist. Im Falle der regulären Zeitscheibe wird im RAM 34 eine weitere Prüfung ausgeführt, um die Prioritätsliste für diese Zeitscheibe abzuleiten, wobei dann festgestellt wird, ob die Priorität des jeweiligen Teilnehmers höher ist als die entsprechenden Prioritäten aller seiner nahen und fernen Nachbarn, deren Identitäten in dem RAM 34 gespeichert sind.
Auf ähnliche Weise wird, wenn die gegenwärtig zugewiesene Zeitscheibe einer neuen Zeitscheibe entspricht, der Sender 25 des entsprechenden Teilnehmers aktiviert, wie gemäß dem oben beschriebenen Verfahren erforderlich, und seine Identität wird zusammen mit denen seiner nahen Nachbarn automatisch unter Steuerung des Mikroprozessors 30 übertragen.
Auf die gleiche Weise wird während jeder Zeitscheibe, wenn die Übertragung von einem entsprechenden Teilnehmer deaktiviert ist (entweder weil während einer regulären Zeitscheibe mindestens einer seiner nahen oder fernen Nachbarn eine höhere Priorität hat, oder weil er während einer neuen Zeitscheibe keine Sendebefugnis hat), sein Empfänger 26 automatisch für den Empfang jeder Übertragung von seinen nahen Nachbarn aktiviert.
Wenn unter diesen Umständen durch einen Teilnehmer A eine Übertragung von einem Teilnehmer M empfangen wird, dessen Identität nicht in seiner Liste naher Nachbarn B(A) registriert ist, dann wird die Identität des sendenden Teilnehmers M der Liste hinzugefügt, und außerdem werden die Identitäten der nahen Nachbarn B(M) des sendenden Teilnehmers M seiner in dem RAM 34 gespeicherten Liste ferner Nachbarn hinzugefügt. Wenn andererseits der sendende Teilnehmer M als einer seiner nahen Nachbarn 3(A) verzeichnet ist, aber seine Übertragung nicht empfangen wird, dann wird die Identität des sendenden Teilnehmers M aus der Liste naher Nachbarn B (A) gelöscht, und diese nahen Nachbarn B(M) des sendenden Teilnehmers M werden aus den im RAM 34 gespeicherten fernen Nachbarn C(A) gelöscht, wenn sie nicht auch unter den entsprechenden nahen Nachbarn β(A) von A im RAM 34 gespeichert sind.
Dadurch ist im allgemeinen jeder Teilnehmer in der Lage, während einer gegebenen Zeit mehr Daten zu übertragen, als in bisher vorgeschlagenen Kommunikationssystemen möglich ist, wobei das vorgeschlagene Verfahren und System für eine endliche, konstante Anzahl nichtstationärer Teilnehmer anwendbar sind.

Claims

1. Verfahren zur Ausführung einer Datenkommunikation zwischen einer endlichen Anzahl N nichtstationärer Teilnehmer, die jeweils über eine maximale vorgegebene Distanz R Daten senden und empfangen und zu einem gegebenen Zeitpunkt nur eine Datenkommunikation empfangen können, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

(a) Definition von N verschiedenen Prioritätslisten, die so eingerichtet sind, daß jeder Teilnehmer in jeder Prioritätsliste nur einmal in unterschiedlicher Position erscheint, wobei die Korrelation zwischen aufeinanderfolgenden Prioritätslisten minimal ist,

(b) Zuweisen von N ersten Zeitscheiben, während jeder von denen eine entsprechende von den Prioritätslisten wirksam ist,

(c) Zuweisen von N zweiten Zeitscheiben, während jeder von denen ein jeweiliger Teilnehmer M seine Identität sowie jeweilige Identitäten aller seiner nahen Nachbarn B(M) sendet, die sich innerhalb eines Radius R um ihn herum befinden,

(d) Speichern einer Identität aller nahen Nachbarn B(A) innerhalb eines Radius R um einen Teilnehmer herum sowie einer Identität aller fernen Nachbarn C(A), die innerhalb eines Radius R um seine nahen Nachbarn B(A) liegen und nicht auch nahe Nachbarn B(A) von A sind, für jeden Teilnehmer A

(e) Zulassen, daß während jeder ersten Zeitscheibe jeder Teilnehmer, der für die entsprechende erste Zeitscheibe eine höhere Priorität hat als alle seine nahen und fernen Nachbarn, Daten einschließlich der Identitäten mindestens derjenigen von seinen nahen Nachbarn sendet, die seit seiner vorhergehenden Sendung nahe Nachbarn wurden, (f) Wiederholen der Schritte (d) und (e) für jede Zeitscheibe,

(g) während jeder zweiten Zeitscheibe für jeden Teilnehmer A, der eine Datenübertragung von dem jeweiligen Teilnehmer M empfängt, der unter seinen jeweiligen nahen Nachbarn B(A) nicht enthalten ist, Hinzufügen des jeweiligen Teilnehmers M zu seinen nahen Nachbarn H (A),

(h) während jeder zweiten Zeitscheibe für jeden Teilnehmer A, der keine Datenübertragung von dem jeweiligen Teilnehmer M empfängt, der unter seinen jeweiligen nahen Nachbarn B(A) enthalten ist, Löschen des jeweiligen Teilnehmers M aus seinen nahen Nachbarn B(A) und Löschen etwaiger naher Nachbarn B(M) von M, die nicht auch nahe Nachbarn B(A) von A sind, aus seinen jeweiligen fernen Nachbarn C(A), und

(i) Wiederholen der Schritte (g) und (h) für jede zweite Zeitscheibe.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei:

der Schritt (i) bezüglich einer Teilmenge m (m c N) von Teilnehmern ausgeführt wird, und

die Schritte (f) und (i) nach Bedarf jeweils bezüglich einer anderen Teilmenge m so lange wiederholt werden, bis der Schritt (i) bezüglich aller N Teilnehmer ausgeführt worden ist.

3. System zur Ausführung einer Datenkommunikation zwischen einer endlichen Anzahl N nichtstationärer Teilnehmer, wobei das System bezüglich jedes Teilnehmers A aufweist:

einen Sender (25) zur Übertragung von Daten über eine maximale vorgegebene Distanz R,

einen Empfänger (26) zum Empfang übertragener Daten,

eine mit dem Sender (25) und dem Empfänger (26) gekoppelte Verarbeitungseinrichtung (30) zum Verarbeiten von Daten, die durch diese gesendet und empfangen wurden, entsprechend einem vorgegebenen Befehlssatz,

einen mit der Verarbeitungseinrichtung (30) gekoppelten ersten Speicher (33) zum Speichern des vorgegebenen Befehlssatzes,

einen mit der Verarbeitungseinrichtung (30) gekoppelten zweiten Speicher (34), um darin eine Anzahl von N verschiedenen Prioritätslisten zu speichern, die so eingerichtet sind, daß jeder der N Teilnehmer in jeder Prioritätsliste nur einmal in einer verschiedenen Position erscheint, wobei die Korrelation zwischen aufeinanderfolgenden Prioritätslisten minimal ist,

einen dritten Speicher (34), um darin eine Identität aller nahen Nachbarn B(A) innerhalb eines Radius R um den jeweiligen Teilnehmer A und eine Identität aller fernen Nachbarn C(A) innerhalb eines Radius R um seine nahen Nachbarn B(A) zu speichern, die nicht auch unter seinen nahen Nachbarn B(A) enthalten sind,

eine mit der Verarbeitungseinrichtung gekoppelte globale Synchronisationseinrichtung (35) zur Synchronisation ihres Betriebs mit dem der übrigen (N-1) Verarbeitungseinrichtungen,

eine mit der globalen Synchronisationseinrichtung gekoppelte erste Zuweisungseinrichtung (30) zum Zuweisen von N ersten Zeitscheiben, wobei während jeder der Zeitscheiben eine jeweilige von den gespeicherten Prioritätslisten wirksam ist, und

eine mit der globalen Synchronisationseinrichtung gekoppelte zweite Zuweisungseinrichtung (30) zum Zuweisen von N zweiten Zeitscheiben, jeweils bezüglich eines entsprechenden Teilnehmers;

wobei die Verarbeitungseinrichtung (30) so angepaßt ist, daß sie wie folgt arbeitet:

(a) während einer ersten Zeitscheibe Zulassen der Übertragung von Daten für den jeweiligen Teilnehmer A nur dann, wenn er eine höhere Priorität als alle seine in dem dritten Speicher abgespeicherten nahen Nachbarn B(A) und fernen Nachbarn C(A) hat, wobei die Daten die Identitäten zumindest derjenigen seiner nahen Nachbarn einschließen, die seit seiner vorherigen Übertragung nahe Nachbarn wurden,

(b) während einer ersten Zeitscheibe, in welcher der jeweilige Teilnehmer A eine niedrigere Priorität als mindestens einer seiner nahen Nachbarn B(A) und fernen Nachbarn C(A) aufweist:

(i) Aktivieren des Empfängers, um dadurch etwaige Daten zu empfangen, die durch einen seiner nahen Nachbarn B(A) übertragen werden, und

(ii) Aktualisieren der Identitäten seiner fernen Nachbarn C(A) gemäß etwaiger naher Nachbarn B(B(A)) desjenigen von seinen nahen Nachbarn, der seit einer vorhergehenden Übertragung ein naher Nachbar B(B(A)) des genannten von seinen nahen Nachbarn B(A) wurde;

(c) während einer zweiten Zeitscheibe, die dem jeweiligen Teilnehmer A entspricht, Aktivieren des Senders, um dadurch die Identität des jeweiligen Teilnehmers A sowie jeweilige Identitäten aller seiner nahen Nachbarn B(A) zu übertragen, und

(d) während jeder weiteren zweiten Zeitscheibe:

(i) Aktivieren des Empfängers, um etwaige durch einen Teilnehmer M innerhalb eines Radius R um den Empfänger übertragene Daten zu empfangen,

(ii) wenn nötig, Aktualisieren der Identitäten seiner nahen Nachbarn B(A) entsprechend der Identität des Teilnehmers M, durch den die Daten übertragen werden,

(iii) bezüglich der von einem seiner nahen Nachbarn B(A) übertragenen und nicht empfangenen Daten, Löschen der Identität M dieses nahen Nachbarn aus seinen nahen Nachbarn B(A) und Löschen aller nahen Nachbarn B(M) des einen M von seinen nahen Nachbarn B(A), die nicht auch nahe Nachbarn B(A) des jeweiligen Teilnehmers A sind, aus seinen jeweiligen fernen Nachbarn C(A).