DE60029202T2

DE60029202T2 - Drahtloses kommunikationsnetz mit mehreren mobilen zugangsknoten

Info

Publication number: DE60029202T2
Application number: DE60029202T
Authority: DE
Inventors: Bruno G. 3090 Overijse Robert; James J. Rockville Proto
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-02-22
Filing date: 2000-02-17
Publication date: 2007-06-14
Anticipated expiration: 2020-02-18
Also published as: ATE332600T1; CN1341311A; CA2371810C; EP1161815B1; HK1044434B; WO2000051294A9; CN100380881C; IL144971A0; DE60029202D1; CA2371810A1; HK1044434A1; ES2267502T3; AU2999000A; WO2000051294A1; US6104712A; EP1161815A4; IL144971A; CN1183716C; CN1642125A; EP1161815A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich auf ein drahtloses Netzwerkkommunikationssystem, genauer gesagt, um ein „strukturloses" Kommunikationsnetzwerk mit mehreren wandernden Zugangsknoten zur Zugriffsgewährung und zur Übertragung von Informationen.
Das erfindungsgemäße System umfasst ein Netzwerk, welches autonome wandernde oder umherziehende Zugangspunkte enthält, um eine transparente Ende-zu-Ende-Kommunikation zwischen Sprach-, Video- oder Datenterminals zu ermöglichen, die sich mit Personen innerhalb einer Region bewegen. Verteilte Zugangs- und/oder Routingpunkte befördern Pakete und andere Informationen über ein drahtloses Netzwerk, das größtenteils vollkommen mobil ist. Das erfindungsgemäße System unterscheidet sich von herkömmlichen drahtlosen Netzwerken dadurch, dass die Notwendigkeit eines Netzwerk-Backbones oder konventioneller mobiler Schaltzentralen, die die Informationsübertragung und den Netzwerkzugang verwalten und steuern, nicht gegeben ist. Im Wesentlichen ist das wandernde Netzwerk der vorliegenden Erfindung strukturlos in dem Sinne, dass es nicht über einen definierten Backbone oder eine zentrale Administration oder Steuerung verfügt, und dass seine Verbindungsstrecken entsprechend den Besetzungsdichten, Standorten und momentanen Knoten-zu-Knoten-Routen der Kommunikationseinrichtungen oder Knoten fortwährend variieren. Terrestrische Netzwerke sowie ortsfeste Knoten lassen sich jedoch in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen wandernden Netzwerk verwenden.
Die wirksame Nutzung beruht darauf, dass in einer gegebenen Region wandernde autonome „Blackbox-Knoten" mit einer Mindestdichte eingesetzt werden, wobei Personen, die ein solches Knotengerät besitzen, miteinander kommunizieren und/oder es ihren Knotengeräten gestatten können, Nachrichten weiterzuleiten, die das wandernde Netzwerk durchqueren. Die Wirksamkeit beruht weiterhin auf den typischen Wander- und Mobilitätsmustern von Personen. Wenn die Knoten sich in einer Region mit den Personen bewegen, basiert die Kommunikation auf Knoten-zu-Knoten-Übertragungen zur Informationsweiterleitung zwischen Personen und/oder Datenterminals. Die Wahrscheinlichkeit, eine ausreichende und angemessene Netzwerkkapazität zu erzielen, das heißt, einen Ruf vollständig ausführen zu können, ist umso höher, je mehr Personen Knoten besitzen. Die Erfindung ist besonders nützlich für Bewohner städtischer Gebiete, spärlich bis moderat besiedelter ländlicher Gebiete, Universitätscampusgebiete und ähnlicher Gebiete und zielt darauf ab, Bürgern über mehrere hundert oder tausend Meilen hinweg eine freie und ungehinderte Kommunikation zu ermöglichen.
Ein solches System stellt eine umfassende Abkehr von traditionellen zellularen Netzwerken dar, in denen aus Administrations- und Abrechnungsgründen eine direkte Kommunikation der Teilnehmer untereinander und unter Umgehung einer festen Schaltzentrale unterbunden wird. Die Erfindung unterscheidet sich auch dahingehend, dass relativ höhere Kosten für eine Infrastrukturentwicklung vermieden werden. Kurz gesagt, befreit die vorliegende Erfindung Personen von den konventionellen Anforderungen der Steuerung, Überwachung, Administration und Abrechnung.
US-A-4,912,656 beispielsweise beschreibt ein System mit Sichtlinie in der Sicherungsschicht (Schicht 2), wohingegen die vorliegende Erfindung ein Routingschema mit mehreren Abschnitten in der Vermittlungsschicht (Schicht 3) vermittelt, in dem die Informationen in einem Paket seine jeweilige Route bestimmen und der Prozessor einen Routingpfad basierend auf den „Positionsfixen" anderer Knoten ermittelt.
Entsprechend besteht ein primäres Ziel der vorliegenden Erfindung darin, ein Kommunikationsnetzwerk und eine Kommunikationsmethode unter Verwendung wandernder Zugangspunkte bereitzustellen und auf diese Weise hohe Kosten und Verzögerungen überflüssig zu machen, die mit der Infrastrukturentwicklung verbunden sind.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Kommunikationssystem bereitzustellen, welches in städtischen, ländlichen und/oder Campusumgebungen eine schnelle Inbetriebnahme und eine selbsttätige Wartung ermöglicht.
Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, administrative Kontrollen und Kosten zu umgehen, wie sie mit traditionellen zellularen Systemen verbunden sind, und Personen auf diese Weise von unerwünschten Belastungen und Eingriffen zu befreien.
Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein System, eine Methode und/oder ein Protokoll zur Knoten-zu-Knoten-Kommunikation bereitzustellen, die oder das sich an verschiedene Umgebungs- und terrestrische Bedingungen anpassen kann, um wandernden oder umherziehenden Knoten ein effektives Kommunizieren miteinander zu ermöglichen.
Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, seine Verwendung und seinen Betrieb mit verschiedenen Geopositionssystemen zur automatischen Bereitstellung von Positionsdaten für die Verwendung zur Bestimmung des Aufenthaltsortes von Zielgeräten und -knoten zu integrieren.
Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein System und eine Methode der transparenten Kommunikation über schichtbasierte Kommunikationsprotokolle bereitzustellen und hierdurch den Bedarf an der Verwendung spezieller Schnittstellen zur Kommunikation mit einem anderen Benutzer abzumildern.
Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, autonome wandernde Knoten oder Kommunikationsgeräte und -methoden bereitzustellen, die frei und nach Belieben in einem selbsterhaltenden integrierten Kommunikationssystem ohne Beschränkung des Zugriffs, vorherige Registrierung oder andere Kontrollmechanismen arbeiten, welche traditionell mit ortsfesten drahtlosen zellularen Systemen verbunden sind.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf einen autonom wandernden Knoten wie in Anspruch 1 geltend gemacht sowie auf eine Methode wie in Anspruch 14 geltend gemacht.
Die Erfindung wird in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen erläutert. Allerdings wird die Erfindung ausführlich durch die anhängenden Ansprüche dargelegt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen: 1 einen typischen Einsatz der wandernden Zugangsknoten (Migratory Access Nodes, MANs) der vorliegenden Erfindung,
2 ein vereinfachtes Blockdiagramm eines wandernden Knotens 200, der Recheneinrichtungen, Einrichtungen für Signalübertragung und -empfang, Einrichtungen zur Identifikation des physischen Standorts, eine Benutzerschnittstelle und Speicher enthält,
3 ein Datenpaket 300 einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
4 ein Verbindungsbestätigungspaket (ACK-Paket) 400, welches die relevanten Felder des ACK-Pakets für Verbindungen der ersten Ausführungsform angibt,
5 die wichtigsten Felder eines ACK-Pakets für das Netzwerk 500, welches Adress- und Kennungsdaten enthält,
6 die wichtigsten Felder eines Informationspakets 600, welches Adress-, Standort- und Kennungsdaten enthält,
7A bis 7D ein Flussdiagramm, welches darstellt, wie die vorliegende Erfindung eingehende Pakete verarbeitet, die in einem Temporärspeicher (zum Beispiel RAM) welcher den vom Signalempfänger 213 empfangenen Signalen entspricht, zwischengespeichert wurden,
8 ein Informationspaket 800, welches die wesentlichen Felder in einem Informationspaket der ersten Ausführungsform angibt,
9 ein Flussdiagramm, welches den Datenfluss in Bezug auf das Verbindungs-ACK-Paket 400 der ersten Ausführungsform veranschaulicht,
10 ein Flussdiagramm, welches den Datenfluss in Bezug auf das Netzwerk-ACK-Paket 500 der ersten Ausführungsform beschreibt,
11 ein Flussdiagramm, welches den Datenfluss in Bezug auf das Datenpaket 300 der ersten Ausführungsform beschreibt,
12 die relevanten Felder im Informationspaket 1200 der zweiten Ausführungsform,
13 ein Datenpaket 1300, welches die relevanten Felder innerhalb eines Datenpakets der zweiten Ausführungsform bezeichnet,
14 ein Netzwerk-ACK-Paket 1400, welches die wesentlichen Felder des Pakets der zweiten Ausführungsform bezeichnet,
15 die relevanten Felder im Verbindungs-ACK-Paket 1500 der zweiten Ausführungsform,
16 die wesentlichen Felder eines Negativbestätigungspakets (NAK) für das Netzwerk 1600 der zweiten Ausführungsform,
17A bis 17D Flussdiagramme, welche darstellen, wie die vorliegende Erfindung eingehende Pakete verarbeitet, die in einen Temporärspeicher (zum Beispiel RAM), der den vom Signalempfänger 213 der zweiten Ausführungsform empfangenen Signalen entspricht, zwischengespeichert wurden,
18 ein Flussdiagramm, welches die Verarbeitung eines Informationspakets 1200 am sendeseitigen Ende der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht,
19 ein Flussdiagramm, welches die Verarbeitung von Datenpaketen bei der Übertragung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht,
20 ein Flussdiagramm, welches den Datenfluss am sendeseitigen Ende für Netzwerk-ACK-Pakete der zweiten Ausführungsform veranschaulicht,
21 ein Flussdiagramm, welches den Datenfluss am sendeseitigen Ende für Verbindungs-ACK-Pakete der zweiten Ausführungsform demonstriert,
22 ein Flussdiagramm, welches den Datenfluss am sendeseitigen Ende für Netzwerk-NAK-Pakete der zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Glossar und Definitionen

ACK

(Acknowledgement) – Bestätigung

CDMA

(Code Division Multiple Access) – Codemultiplexverfahren

CPU

(Central Processing Unit) – zentrale Verarbeitungseinheit

CRC

(Cyclical Redundancy Check) – zyklische Redundanzprüfung

HDLC

– High Level Data Link Control (Protokollbezeichnung)

IP

– Internet Protocol (Protokollbezeichnung)

LLC

– Link Layer Control (Protokollbezeichnung)

MAC

– Medium Access Control (Protokollbezeichnung)

MAN

(Migratory Access Node) – wandernder Zugangsknoten

MNID

(Migratory Node Identification) – Kennung eines wandernden Knotens

MUF

(Maximum Useable Frequency) – höchste verwendbare Frequenz

NAK

(Negative Acknowledgement) – Negativbestätigung

NVRAM

(Non-Volatile Random Access Memory) – nichtflüchtiger Speicher mit wahlfreiem Zugriff

OSI

– Open Systems Interconnection

PLI

(Physical Location Identifier) – physische Standortkennung

QOS

(Quality of Service) – Dienstgüte

RAM

(Random Access Memory) – Speicher mit wahlfreiem Zugriff

RFC

– „Request for Comments"-Dokument

S/N

(Signal to Noise Ratio) – Rauschabstand

TCP

– Transmission Control Protocol (Protokollbezeichnung)

TDMA

(Time Division Multiple Access) – Zeitmultiplexverfahren

UDP

– User Datagram Protocol (Protokollbezeichnung)

A. Allgemeine Systembeschreibung
1 veranschaulicht eine typische Implementierung der vorliegenden Erfindung. Das Datennetzwerk, welches autonom arbeitende wandernde Zugangsknoten verwendet, enthält MANs, die geeignet sind für eine Signalausbreitung über Sichtlinien 104, (gebeugte) Oberflächenwellen 101, (reflektierte und gebrochene) Troposphärenstreuung 102, gebrochene Raumwellen 103 oder irgendeine andere elektromagnetische Signalausbreitungsmethode sowie einen optionalen festen Regionaldatenbankknoten 106 (der auch eine MAN-Einheit sein kann, die ortsfest bleibt). Die optionalen festen Regionaldatenbank-MANs können die Informationen in ihren Datenbanken einander wahlweise über drahtlose oder kabelgestützte Punkt-zu-Punkt-Kommunikation oder über die MANs des abgebildeten Netzwerks befördern, um allen optionalen festen Datenbank-MANs die vollständige Netzwerktopologie zu übermitteln. Wird das abgebildete Netzwerk verwendet, dann kann eine bestimmte Frequenz ausschließlich für die Verbreitung der Netzwerktopologie verwendet werden. Der autonome Betrieb impliziert das Fehlen einer zentral gelegenen Schaltzentrale zur Administration laufender Vorgänge wie Accounting, Gebührenerfassung, Autorisierung oder ähnlichem, kann aber eine Taktgeberzeitsteuerung zur Synchronisierung von Signalen oder anderen Kommunikationsvorgängen enthalten, um nach Belieben uneingeschränkte Kommunikation zwischen und unter den wandernden oder vorüberziehenden Knotengeräten zu ermöglichen. Es ist für das System ebenso nicht nötig, Knoten zu haben, die alle vier Typen der Signalausbreitung unterstützen. Allerdings würde das System mit Knoten, die für mehr als einen Typ geeignet sind, wirkungsvoller arbeiten, weil die Signale je nach Art der Signalausbreitung unterschiedliche Entfernungen zurücklegen müssen. Eine andere Möglichkeit, einen wirkungsvollen Betrieb des Systems zu ermöglichen, besteht darin, mehrere Netzwerke im System zu haben, die jeweils nur einen MAN-Typ umfassen. Dies würde es der Transportschicht ermöglichen, den Datenverkehr über verschiedene Netzwerke (mit jeweils eigenen Betriebscharakteristiken) hinweg so zu verwalten, wie sie es auch normalerweise tut.
Alle wandernden Knoten sind für eine Bewegung geeignet, können aber auch ortsfest sein. So befindet sich etwa der wandernde Knoten 107 in einem Fahrzeug, welches sich in nördlicher Richtung auf sein Ziel in der Nähe des wandernden Knotens 108 zubewegt. Der Wagen muss seine Fahrt zum Nachtanken unterbrechen, bevor er sein Ziel erreichen kann. Der Fahrer muss anhalten, um etwas zu essen (oder etwas zu Essen zu kaufen), bevor er sein Ziel erreicht. Der Wagen ist ortsfest während der Fahrer schläft. Ferner kann man davon ausgehen, dass der Wagen einen Großteil der Zeit ortsfest ist, wenn er sich am Wohnort des Besitzers befindet, da der Fahrer schläft, isst und arbeitet. Während dieser Zeit kann der wandernde Knoten jedoch regelmäßig – zum Beispiel jede Minute oder alle fünf Minuten – seine Position an eine Regionaldatenbank melden, die die aktuellen Knotenpositionsabbildungsdaten pflegt. Diese Knotenpositionsabbildungsdaten werden von anderen Knoten verwendet, um einen Knoten-zu-Knoten-Pfad zu einem Ziel zu ermitteln.
Der feste Regionaldatenbankknoten 106 hat eine Datenbank, die geeignet ist, eine Bestimmung der Ende-zu-Ende-Paket- oder -Knotenrouten zwischen einem Quell- und einem Ziel-MAN zu ermitteln. Diese werden verwendet, wenn ein einzelner MAN nicht genügend Informationen zum Netzwerk erhalten kann, um selbst Ende-zu-Ende-Routen zu bestimmen. In der abgebildeten Ausführungsform erfasst der Regionaldatenbankknoten 106 Knotenpositionsinformationen nicht aktiv, sondern empfängt periodisch solche Positionsinformationen, die automatisch und periodisch von MANs innerhalb seiner Region übertragen werden. Alternativ könnte der Regionaldatenbankknoten auch so programmiert sein, dass er MAN-Positionsinformationen aktiv erfasst, indem er Antworten von MANs innerhalb seiner Region anfordert. Wenn er außerhalb eines wirksamen Kommunikationsbereichs positioniert ist, könnte ein MAN auch mit einer Routine ausgerüstet werden, die die Weiterleitung von Positionsinformationen an einen zugewiesenen Regionaldatenbankknoten veranlasst. Die Regionaldatenbanken könnten auch untereinander kommunizieren, um Datenbankinformationen auszutauschen, sodass jede von ihnen „globale" Positionsinformationen zum Knoten in den jeweiligen Regionen aller miteinander kommunizierenden Regionaldatenbanken pflegt.
Ein Routing-MAN andererseits durchquert ein festgelegtes geografisches Gebiet (zum Beispiel Zone 1) und sammelt dabei Netzwerkinformationen, die an einzelne MANs verbreitet werden, sodass diese Ende-zu-Ende-Routen unabhängig bestimmen können. Der feste Regionaldatenbankknoten sammelt Netzwerkinformationen für ein geografisches Gebiet (zum Beispiel Zone 1) von MANs, die seinen Kommunikationsbereich passieren. Der feste Datenbankknoten kann seine Informationen verbreiten und Routen selbst bestimmen. Der mobile Routingknoten kann in Koordination mit dem festen Regionaldatenbankknoten Netzwerkinformationen sammeln und diese an den festen Regionaldatenbankknoten weiterleiten, um die Effizienz zu erhöhen.
2 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm eines wandernden Knotens. Der wandernde Zugangsknoten hat einen Signalsender 204, einen Signalempfänger 213, ein Sendeantennenfeld 201, ein Empfangsantennenfeld 210, eine physische Standortkennung (PLI) 220, eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 250, einen Datenbus 230, einen Steuerbus 240, einen RS-232-Sender-Empfänger 260, eine Netzwerkschnittstelle 270, einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) 290, einen nichtflüchtigen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (NVRAM) 280 mit einer optionalen Datenbank 499 und eine optionale Festplatte 300 mit einer optionalen Datenbank 499.
Die CPU 250 steuert über den Steuerbus 240 den Signalsender 204. Die Daten werden vom und an den Signalsender über den Datenbus 230 übergeben. Der Signalsender 204, der von der CPU 250 gesteuert wird, ist geeignet, auf verschiedenen festgelegten Frequenzen mit verschiedenen Signalstärken zu übertragen und/oder unter verschiedenen Funkschnittstellenprotokollen betrieben zu werden. Die Signalstärke wird allgemein nach dem Rauschabstand (S/N) klassifiziert. Es gibt andere Methoden zur Klassifizierung der Signalstärke, die für einen Fachmann mit durchschnittlichen Kenntnissen naheliegend sind, zum Beispiel die Überwachung der Bitfehlerrate (Bit Error Rate, BER) beim Empfänger. Der Empfänger würde anhand der BER die Leistungsanforderungen zur Rückkommunikation mit dem Signalsender bestimmen. BER-Informationen können an den Sender weitergeleitet werden, sodass dieser mithilfe der BER-Informationen seine Leistungsanforderungen bestimmen kann, wenn er mit dem betreffenden MAN rückkommuniziert. Die BER ist umgekehrt proportional zur Signalstärke, denn wenn die Signalstärke sinkt, nimmt die BER zu.
Der Signalsender 204 übergibt ein Sendesignal an das Sendeantennenfeld 201, damit dieses eine Funkwelle aussenden kann. Die CPU 250 steuert das Sendeantennenfeld über den Steuerbus 240. Der wandernde Knoten ist geeignet, Signale unidirektional und/oder omnidirektional zu senden. Im Sendeantennenfeld 201, welches Signale sendet, sind sowohl Rundstrahl- als auch Richtstrahlantennen 202 bzw. 203 vorhanden. Rückmeldedaten wie zum Beispiel die Antennenrichtung werden über den Datenbus 230 an die CPU 250 gesendet.
Die CPU 250 steuert über den Steuerbus 240 den Signalempfänger 213. Die Daten werden vom und an den Signalempfänger über den Datenbus 230 übergeben. Der von der CPU 250 gesteuerte Signalempfänger 213 ist geeignet, verschiedene festgelegte Frequenzen zu empfangen. Außerdem ist er geeignet, die Signalstärke empfangener Signale zu erkennen. Die Signalstärke wird wie beim Signalsender 204 allgemein nach dem Rauschabstand (S/N) klassifiziert. Der Signalempfänger kann in Kombination mit dem Empfangsantennenfeld 210 eine Schaltung enthalten, um eingehende Signale zu lokalisieren und zurückzuverfolgen, wodurch es möglich ist, sich bewegende MANs über eingehende Pakete oder Signale zu orten.
Das Empfangsantennenfeld 210 übergibt ein erfasstes Funksignal zur Verarbeitung an den Signalempfänger 213. Die CPU 250 steuert das Empfangsantennenfeld über den Steuerbus 240. Der Datenfluss von und zum Empfangsantennenfeld 210 erfolgt über den Datenbus 230. Es können zwei Antennen für Signaldiversität (oder andere Einrichtungen für Signaldiversität wie im weiteren Verlauf beschrieben) vorhanden sein, die gleichzeitig Signale an den Signalempfänger 213 übermitteln, um den Rauschabstand zu erhöhen und eine Signalabschwächung zu überwinden. Im Empfangsantennenfeld 210 gibt es die Richtstrahlantenne 212 und die Rundstrahlantenne 211.
Die CPU 250 steuert über den Steuerbus 240 die physische Standortkennung (PLI) 220. Die Daten werden von und an die PLI 220 über den Datenbus 230 übergeben. Mithilfe von GPS oder anderen Geopositionssystemen erkennt die PLI den Standort des wandernden Knotens in mindestens zwei Ebenen (Parametern). Allerdings sind drei kennzeichnende Parameter optimal. Die kennzeichnenden Parameter sind zumindest die geografische Länge und die geografische Breite des wandernden Knotens, während die geografische Höhe optional ist. Zur örtlichen Bestimmung eines MAN können auch polare Standortparameter verwendet werden, die die Winkel- und Radialversetzung angeben. Der Höhenparameter ist nur für die Teile des mobilen Zugangssystems optional, die im Wesentlichen im ebenen Gelände liegen.
Die Daten- und Steuersignale von und zur CPU 250 durchqueren den Datenbus 230 bzw. den Steuerbus 240. Die CPU steuert den RS-232-Sender-Empfänger 260, die Netzwerkschnittstelle 270 (sowie jede andere Netzwerkschnittstelle), den Signalsender 204 in Verbindung mit dem Sendeantennenfeld 201 (Sendekombination), den Signalempfänger 213 in Verbindung mit dem Empfangsantennenfeld 210 (Empfangskombination) und die physische Standortkennung 220. Ferner steuert die CPU den Speicherzugriff auf das NVRAM 280, das RAM 290 sowie die optionale Festplatte 399 und die darauf vorhandene optionale Datenbank 499. Die CPU kann die Sendekombination anweisen, auf verschiedenen Frequenzen unter Anwendung verschiedener Funkschnittstellenprotokolle zu senden, unidirektional oder omnidirektional zu senden oder mit verschiedenen Signalstärken zu senden. Sie steuert die Signalkombination der Spatial-Diversity-Funktion, auf welchen Frequenzen und mit welchen Antennen bei der Empfangskombination gehorcht wird, und die aktivierten Ortungsfunktionen. Die CPU erzeugt Pakete, die übertragen werden, und übergibt diese an den Signalsender 204. Die CPU 250 empfängt den physischen Standort von der PLI 220 und berechnet einen Geschwindigkeitsvektor, welcher den erwarteten Pfad des wandernden Knotens beschreibt. Sie nimmt die Signalsendeinformationen entgegen und bestimmt den erwarteten Signalbereich mit einer festgelegten Signalstärke oder -qualität. Die CPU bestimmt die mögliche Übertragungsfrequenz und optional die Empfangsfrequenz. In bestimmten Fällen ermittelt die Recheneinrichtung, ob sie über ein Routingserver-Token verfügt, welches Routingentscheidungen ermöglicht.
B. HF-Verbindungsstrecke
Datenverkehr in Sprach- und Datennetzwerken lässt sich als Ferndatenverkehr kategorisieren, zum Beispiel Ferngespräche oder die Kommunikation mit einem entfernten Computer auf der anderen Seite des Kontinents, oder als Nahdatenverkehr, zum Beispiel ein Ortsgespräch oder die Kommunikation mit einem lokalen Server oder einem Computer im Zimmer nebenan. Die Entfernungen zwischen Fern- und Nahdatenverkehr lassen sich im Allgemeinen von den Techniken bedienen, die für den Fern- bzw. Nahdatenverkehr eingesetzt werden.
Wandernde Knoten 104 sind im Wesentlichen für Sichtlinienkommunikation zuzüglich zehn bis fünfzehn Prozent geeignet. Sie operieren im 900-MHz- oder 1800-MHz-Frequenzband. Höhere oder niedrigere Frequenzen könnten eingesetzt werden, um größere Bandbreiten zu erzielen. Allerdings nehmen bei steigender Frequenz auch die Auswirkungen von Störeinflüssen (zum Beispiel Regendämpfung) zu, das heißt, es gibt einen Kompromiss für größere Bandbreiten. Das System besteht zum größten Teil aus diesen wandernden Knoten, da der meiste Datenverkehr örtlich begrenzt ist und mehr Bandbreite erfordert. Aufgrund der örtlich begrenzten Eigenschaften der Kommunikation in diesen Frequenzbändern ist die Wiederverwendung von Frequenzen praktikabel, was eine bessere Nutzung des reservierten Frequenzspektrums zur Folge hat. Außerdem sind viele handelsübliche Transponder in diesen Frequenzbändern vorhanden. Die MANs sind geeignet, Frequenzen automatisch zu wechseln, das heißt, sie können die Leistung entsprechend den aktuellen Netzwerkbedingungen optimieren.
Die Signalausbreitung über die Sichtlinie hinaus ist nicht für eine Überreichweitenausbreitung geeignet, außer wenn die Sendeantenne hoch genug ist, um eine Sichtlinie zur Empfangsantenne in Überreichweite herzustellen. Bei wandernden Knoten ist die Verwendung von Antennen, die hoch genug für Überreichweitensichtverbindungen sind, nicht praktikabel, weswegen die Sichtliniensignalausbreitung nur bei der örtlich begrenzten Kommunikation in relativ unversperrten Umgebungen benutzt werden kann. Je höher die Frequenz ist, desto größer ist die Bandbreite. Dieser Modus der Signalausbreitung ist nur für Verbindungsstrecken kurzer bis mittlerer Reichweite und hoher Bandbreite geeignet. Aus diesem Grund werden mehrere Signalausbreitungsmodi die Wirksamkeit und Brauchbarkeit des Systems erhöhen.
Die Signalausbreitung über Oberflächenwellen basiert auf der Signalbeugung unter Verwendung der Erde als Wellenleiter, das heißt, je größer die Wellenlänge ist, desto weiter kann sich das Signal dank der Beugung fortpflanzen. Je größer allerdings die Wellenlänge ist, desto niedriger ist die Frequenz und desto enger ist die Bandbreite für den Datendurchsatz. Aus diesem Grund funktioniert dieser Signalausbreitungsmodus am besten bei mittleren bis sehr großen Reichweiten (Überreichweiten).
Die Signalausbreitung über Troposphärenstreuung basiert auf der Streuung des Signals durch die Troposphäre der Erde. Dieser Signalausbreitungsmodus funktioniert am besten in den Ultrahochfrequenz- (UHF) und den Superhochfrequenzbändern (SHF) (300 MHz bis 30 GHz). Aus diesem Grund funktioniert dieser Signalausbreitungsmodus am besten bei großen bis sehr großen Reichweiten (Überreichweiten).
Die Signalausbreitung über Raumwellen (ionosphärische Signalausbreitung) basiert auf der Brechkraft in der Erdatmosphäre. Sie hängt vom Einfallswinkel und vom Brechungswinkel ab. Der Einfallswinkel muss bei fast 90° liegen, und ein Teil der Signalenergie geht aufgrund der Tatsache verloren, dass nicht die gesamte Energie gebrochen wird und ein Teil davon einfach die Atmosphäre passiert. Im Wesentlichen wird das Signal fast gerade nach oben in die Luft gesendet und prallt dann zurück in einen beliebigen Bereich, der im Sichtfeld des Einfallspunktes am Himmel ist. Dies tritt gewöhnlich im Hochfrequenzband (HF) auf (3 bis 30 MHz). Die Signalausbreitung über Raumwellen hängt stark von der ionosphärischen Aktivität ab. Genauer gesagt, hängt ihre Wirksamkeit von der Tageszeit, der Sonnentätigkeitsperiode und Sonnenaktivität ab, die in gängigen MUF-Diagrammen (Maximum Useable Frequency, höchste verwendbare Frequenz) beschrieben werden. Es gibt auch viele Softwarepakete, die die MUF berechnen. Ein Echolot (zum Beispiel der Digisonde^TM Portable Sounder) kann in den MAN integriert werden, um die örtlichen Eigenschaften der Signalausbreitung in Echtzeit zu ermitteln. Dieser Signalausbreitungstyp funktioniert am besten bei lokaler Kommunikation bis hin zu großen Reichweiten.
Von Richtstrahlantennen profitieren wandernde Knoten mit Sichtlinienübertragung am meisten, aber diese Antennen bieten allen wandernden Knoten Vorteile. Auf Richtstrahlantennen wird zurückgegriffen beim Auftreten von Störungen zwischen wandernden Knoten, die sich nahe aneinander befinden. Auf diese Weise lässt sich die Signalübertragung auf ein Zielgebiet beschränken, und der Signalempfang lässt sich auf Signale begrenzen, die aus einer Richtung oder einem Gebiet kommen. Die Dichte von Sichtlinienknoten wird (insbesondere innerhalb oder in der Nähe von Städten) hoch sein, das heißt, Richtstrahlantennen werden solchen Knoten am meisten zugute kommen. Transponder, die mit diesen Frequenzen operieren, arbeiten am besten in unversperrtem Gelände, das heißt, die Fähigkeit, auf ein Signal zielen zu können, ist sehr vorteilhaft. Außerdem könnte, wenn das System ein Teilsystem zur Ortung von Zielknoten integrierte, eine Richtstrahlantenne mit einem sehr schmalen Abdeckungsfenster verwendet werden.
Die Signaldiversität ist bei der vorliegenden Erfindung sehr wichtig, denn sowohl der sendende als auch der empfangende wandernde Knoten könnten sich bewegen. Ein Signaldiversitätsschema fasst mehrere unkorrelierte Signale zusammen, um ein stärkeres Endsignal zu erzielen und eine Signalabschwächung zu überwinden. Diese Schemata funktionieren, weil mehrere Pfade nur selten Abschwächungen gleicher Intensität aufweisen, das heißt, wenn sie kombiniert werden, weist das Endsignal nur minimale oder gar keine Abschwächungen auf (höherer Rauschabstand). Die vorliegende Erfindung verwendet verschiedene Diversitätsschemata. Ein Raumdiversitätsschema ist das am einfachsten und billigsten zu implementierende Diversitätsschema, daher verwenden die meisten wandernden Knoten in der vorliegenden Erfindung die Raumdiversität. Feldkomponenten-Diversitätsschemata bieten alle Attribute der Raumdiversitätsschemata, ohne den großen Antennenabstand, der bei niedrigen Frequenzen erforderlich ist. Die Feldkomponentendiversität wird allgemein verwendet, wenn die Raumdiversität nicht praktikabel ist. Allerdings verwendet die vorliegende Erfindung auch Polarisierungs-, Feldkomponenten-, Winkel-, Zeit- oder Frequenzdiversitätsschemata.
Die Raumdiversität verwendet zwei Empfangsantennen, die durch einen Abstand voneinander getrennt sind, der etwa der Hälfte der Wellenlänge entspricht. Die zu einem gegebenen Zeitpunkt von den beiden Antennen empfangenen Signalstärken sind unterschiedlich und unkorreliert. Die Signale der beiden Antennen werden dann zusammengefasst, um ein stärkeres Endsignal zu erhalten. Es ist einfach zu erkennen, dass dieser Ansatz am besten für kurze Wellenlängen geeignet ist, da der Abstand zwischen den Antennen etwa die Hälfe der Wellenlänge betragen sollte. Wenn Kompaktheit ein wichtiger Aspekt ist, wäre die Implementierung eines der anderen folgenden Diversitätsschemata angemessener.
Die Feldkomponentendiversität kombiniert die drei Feldkomponenten – die elektrische Feldkomponente in z-Richtung (E_z), die magnetische Feldkomponente in x-Richtung (H_x) und die magnetische Feldkomponente in y-Richtung (H_y) – einer Rahmen- oder Dipolantenne entweder kohärent (Gleichung A), inkohärent (Gleichung B) oder durch Addition der Quadrate der einzelnen Terme der kohärenten Kombination (Gleichung C). VI = Ez + Hx + Hy Gleichung A VII = |Ez| + |Hx| + |Hy| Gleichung B VIII = |Ez|2 + |Hx|2 + |Hy|2 Gleichung C
Dieser Ansatz verwendet eine Energiedichte- oder eine unkorrelierte Signalantenne, die die drei Feldkomponenten separat empfängt. Die Übertragungsantenne kann von einem beliebigen Typ sein.
Polarisierungsdiversität lässt sich durch Installation einer rechten und linken Empfangsrundantenne erzielen. Diese Empfangsantennen können sich auf demselben Mast oder Gerüst befinden, das heißt, dieses Diversitätsschema könnte je nach verwendeter Frequenz weniger Platz erfordern. Eine Stabantenne funktioniert als Sendeantenne am besten, weswegen diese Technik drei Antennen erfordert. Allerdings können diese Antennen nahe aneinander angeordnet sein. Auf diese Weise sind die jeweiligen von den einzelnen Rahmenantennen empfangenen Signale in Bezug aufeinander auf optimale Weise unkorreliert. Eine andere Möglichkeit, dieses Diversitätsschema zu implementieren besteht darin, eine vertikale Stabantenne und eine in einem 45°-Winkel angeordnete Stabantenne für den Empfang der Signale zu verwenden. Auch hier kann die Sendeantenne die vertikale Stabantenne verwenden. Die beiden unterschiedlichen Antennen empfangen Signale unterschiedlicher Amplitude und Phase. Dies macht es erforderlich, dass wandernde Knoten über zwei Antennen verfügen, die jedoch nahe aneinander angeordnet sein können.
Die Winkeldiversität verwendet mehrere Richtstrahlantennen, die in sehr unterschiedliche Winkel weisen. Die vorliegende Erfindung verwendet drei Richtantennen, die durch 120°-Winkel getrennt sind und auf diese Weise den 360°-Bereich abdecken. Die separaten Antennen isolieren unterschiedliche unkorrelierte Winkelkomponenten des Signals. In diesem Schema kann eine beliebige Sendeantenne verwendet werden. Dieses Diversitätsschema verwendet mehrere Antennen, die nahe aneinander angeordnet sein können, das heißt, diese Technik funktioniert gut, wenn Platz eingespart werden muss.
Die Zeitdiversität ist eine relativ ineffiziente Technik, da sie die periodische Neuübertragung eines Signals erfordert und so wertvolle Bandbreite verbraucht, weswegen diese Technik nur selten eingesetzt würde. Allerdings erfordert diese Technik keine Implementierung separater oder spezieller Antennen, ist also von Vorteil, wenn räumliche Enge ein wesentlicher Aspekt ist.
Die Frequenzdiversität erfordert zwei Funksignale, bei denen die Trägerfrequenz sehr weit von der des jeweils anderen Signals entfernt ist. Diese sorgfältig getrennten Träger ermöglichen unkorrelierte Signale. Diese Technik verwendet zwei Signale, insofern wird auch hier die Bandbreite ineffizient genutzt.
C. Kommunikationsprotokolle
Die folgenden Beschreibungen veranschaulichen die Minimalimplementierung eines funktionsfähigen Netzwerks der vorliegenden Erfindung. Wie man feststellen kann, kombinieren die Paketstrukturen und ihre Verarbeitung die Sicherungs- und die Vermittlungsschicht. Die Sicherungsschicht gewährleistet normalerweise einen zuverlässigen Austausch von Daten zwischen zwei beliebigen Knoten im Netzwerk. Die Vermittlungsschicht ermöglicht normalerweise Routing, Sequenzierung, logische Kanalsteuerung, Flusssteuerung und Wiederherstellung nach einem Fehler im gesamten Netzwerk. Zur Flusssteuerung gehört der Durchsatz, eine von der Dienstgüte (Quality of Service, QOS) beschriebene Qualität. Die QOS als solche ist normalerweise Gegenstand der Transportschicht, aber die vorliegende Erfindung behandelt die QOS in unteren Schichten, um den Mehraufwand zu verringern, der durch die Aufwärts- und Abwärtsbewegung im Protokollstapel entsteht. Eine angeforderte QOS erfordert mit hoher Wahrscheinlichkeit eine Neuverhandlung aufgrund von Schwankungen in der Qualität des empfangenen Signals. Alle MANs in der vorliegenden Erfindung sind zur gleichzeitigen unkoordinierten Fortbewegung fähig, das heißt, man kann davon ausgehen, dass die Signalqualität zu bestimmten Zeiten erheblich schwankt. Zusätzlich stellen Multimedia- und Videoanwendungen extreme Anforderungen an Netzwerke. Allerdings wird erwartet, dass die QOS nach wie vor in der Transportschicht verwaltet wird, da diese die QOS zwischen verschiedenen Netzwerken behandelt, wann immer mehrere Netzwerke durchquert werden.
Das Transmission Control Protocol (TCP) kann als Protokoll der Transportschicht verwendet werden, aber dies kann abhängig von der zur TCP-Implementierung verwendeten Bibliothek oder dem hierzu verwendeten Softwarepaket eine robustere Protokollimplementierung erfordern als hier dargestellt. Die Schnittstelle zwischen TCP und der Vermittlungs- bzw. Sicherungsschicht wird in erster Linie die Übersetzung der im TCP-Paket angegebenen IP-Adressen in MNIDs durchführen, gewährleisten, dass die Daten in den Datenbereich des TCP-Pakets passen, und die eingehenden Pakete entsprechend der Reihenfolge anordnen, in der sie versandt wurden. Da die meisten Anwendungen sich derzeit auf TCP stützen, handelt es sich um das bevorzugte in Frage kommende Protokoll für die Transportschicht.
Allerdings könnte auch das User Datagram Protocol (UDP) als Transportschichtprotokoll zum Einsatz kommen. UDP gewährleistet jedoch anders als TCP keine Auslieferung der Pakete in der korrekten Reihenfolge.
Eine (zumindest für Anwendungsprogrammierer) unter Umständen bessere Lösung besteht darin, sich enger an den traditionellen Ansatz der sieben Schichten des OSI-Models mit den etablierten Protokollen zu halten. Auf diese Weise können Benutzer eine beliebige Protokollbibliothek oder ein beliebiges Softwarepaket auswählen, um ein System einzusetzen, das entsprechend der vorliegenden Erfindung gefertigt ist. Für Anwendungsprogrammierer sind gewöhnlich die Schichten oberhalb der Vermittlungsschicht wichtig, denn Pakete an den Endpunkten müssen die übergeordneten Schichten (Transportschicht bis Anwendungsschicht) durchqueren, um zu den Anwendungen auf den Knoten an den Endpunkten zu gelangen bzw. von diesen zu kommen. Die vorliegende Erfindung kann das AX.25-Protokoll (welches als Referenz beigefügt ist) als Sicherungsschichtprotokoll verwenden. AX.25 ist das Amateur Packet-Radio-Sicherungsschichtprotokoll. Es ähnelt dem High-Level Data Link Control-Protokoll (HDLC) und basiert auf dem Schicht-2-Protokoll X.25. AX.25 ist für den Amateurpaketfunk vorgesehen. Aus diesem Grund sind die Adressaten Anrufzeichen. Die Anrufzeichen werden aus IP-Adressen übersetzt (und umgekehrt). Die vorliegende Erfindung führt eine ähnliche Übersetzung von einer IP-Adresse in eine MNID (und umgekehrt) durch, das heißt, es wird derselbe Mechanismus zur Durchführung dieser Übersetzung durchgeführt. Die AX.25-Informationspakete verteilen Trajektorievektoren.
Die Verwendung des AX.25-Protokolls bietet keinerlei Unterstützung für die Vermittlungsschicht, das heißt, für Schicht-3-Dienste (Vermittlungsschicht) wird das Internet Protocol (IP) verwendet. Weitere Informationen zur IP-Kapselung von AX.25-Frames sind RFC 1226 zu entnehmen (liegt als Referenz bei). Höchstwahrscheinlich wird das Transport Control Protocol (TCP) für Netzwerkdienste verwendet werden, da es Garantien zur Paketreihenfolge gibt. Die aktuellsten Netzwerkanwendungen sind auf die Verwendung von TCP/IP angewiesen, das heißt, der AX.25-Protokollansatz erleichtert eine umfassendere Verwendung der vorliegenden Erfindung, denn es wird einem Benutzer ermöglicht, Standardprotokollbibliotheken oder -softwarepakete einzusetzen.
D. Paketstruktur einer ersten Ausführungsform
Es werden hier zwei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, auch wenn viele andere aus dieser Offenbarung abgeleitet werden können. Jede Ausführungsform weist etwas andere Pakete und eine etwas andere Paketstruktur auf. In seiner einfachsten Form muss ein Quellknoten der ersten Ausführungsform keine Knoten-zu-Knoten-Route zu einem Zielknoten kennen oder berechnen können. Dies ist ausreichend, wenn das Netzwerk voraussichtlich innerhalb geschlossener Grenzen betrieben wird, zum Beispiel auf einer Insel, einem Campus oder in einem anderen geografisch begrenzten Gebiet. In diesem Fall kann ein Quellknoten beispielsweise ein Netzwerkpaket als Broadcast versenden, und alle Knoten, die das Paket empfangen, werden es abhängig vom Wesen des Kennungs-, Steuer- und/oder Informationsinhalts entweder erfassen, beantworten oder weiterleiten. In manchen Fällen ist es ähnlich wie bei Amateurpaketfunktechnologien nicht einmal erforderlich, dass das Netzwerkpaket Positionsangaben enthält, weil die Betriebsregion derart klein ist, dass alle Knoten sich innerhalb des Kommunikationsbereichs befinden oder innerhalb eines solchen Bereichs nur wenige Abschnitte entfernt sind. Die hier beschriebene erste Ausführungsform verwendet keine Datenbank mit Positionsinformationen, sondern enthält eine Geopositionseinrichtung.
3 bezeichnet die Hauptfelder innerhalb eines Datenpakets 300, welches Status-, Steuer- und Nutzdaten enthält. Jedes Paket enthält jeweils ein Oktett (acht Bit) umfassende Startflag- und Endflagfelder 301 bzw. 323, die jeweils den identischen Wert 01111110 haben, das heißt, ein Endflag kann das Starlflag des nächsten Pakets sein. Die sechs aufeinanderfolgenden Einsen im Flag machen es erforderlich, dass jedes weitere Auftreten von sechs aufeinanderfolgenden Einsen zerlegt wird, damit die Flags als Bit immer noch im Paketstrom gefunden werden können. Dies wird durch das Bittopfen getan. Nach fünf aufeinanderfolgenden Einsen wird beim Absender ein Nullbit eingefügt, welches dann beim Empfänger wieder entfernt wird.
Ein vier Bit langes Pakettypenfeld 302 bezeichnet den Pakettyp. Die vier Bit, die ein Datenpaket bezeichnen, sind 1111. Das MNID-Feld (Migratory Access Node Identifier, MAN-Kennung) 303 einer Quelle (das heißt, des sendenden wandernden Knotens dieser Verbindung) besteht aus drei Teilfeldern, nämlich einem x-Koordinatenfeld 304, einem y-Koordinatenfeld 305 und einem z-Koordinatenfeld 306. Andere Felder, zum Beispiel polare Standortparameter, könnten ebenfalls zur Bezeichnung von Quelle und Ziel verwendet werden. Die Quell-MNID ist der Standort des MAN, wenn er das Paket sendet. Die Quell-MNID ist der sendende MAN für eine Funkverbindungsstrecke. Alle MNIDs bestehen aus den Koordinaten x, y und z. Ein Ziel-MNID-Feld 307 umfasst die x-, y- und z-Koordinatenfelder 308, 309 bzw. 310. Die Ziel-MNID bezeichnet den vorgesehenen Ziel-MAN für eine bestimmte Funkverbindungsstrecke. Die Ziel-MNID besteht ausschließlich aus Einsen, sofern ein Broadcast angefordert wird. Ein Netzwerkquell-MNID-Feld 311 umfasst die x-, y- und z-Koordinatenfelder 312, 313 bzw. 314. Die Netzwerk-MNID ist der MAN, der den Paketverkehr im Netzwerk einleitet (das heißt, der Rufinitiator im Netzwerk). Die x-Koordinatenfelder (304, 308 und 312), y-Koordinatenfelder (305, 309 und 313) und z-Koordinatenfelder (306, 310 und 314) umfassen jeweils 32 Bit und geben eine von drei Dimensionen an, um den Standort des wandernden Zugangsknotens im dreidimensionalen Raum vollständig identifizieren zu können. Aus diesem Grund ist jedes MNID-Feld zwölf Oktette oder 96 Bit lang.
Ein ein Oktett oder acht Bit langes Verbindungspaketkennungsfeld 316 wird zur Identifikation jedes gegebenen Pakets auf einer Funkverbindungsstrecke verwendet. Jede Verbindungspaketkennung muss für jeden beliebigen Knoten, der das übertragene Paket empfangen könnte, in jedem Moment eindeutig sein. Die Größe der Verbindungspaketkennung kann bei hohem Übertragungsaufkommen erhöht werden, damit genug eindeutige Nummern für alle Pakete in einem bestimmten Bereich vorhanden sind. Ein 32 Bit langes Netzwerkpaketkennungsfeld 317 identifiziert ein bestimmtes Paket vom Netzwerkquell-MAN bis zum letzten MAN. Die Netzwerkpaketkennung muss im gesamten Netzwerk eindeutig sein, weil es erforderlich sein kann, das gesamte Netzwerk zu durchqueren, um das endgültige Ziel zu erreichen. Ein zwei Oktette oder sechzehn Bit langes Quellstationsempfangsfrequenzfeld 318 gibt an, welche Frequenzen der übertragende wandernde Knoten (die Quelle des bestätigten Pakets) auf Verbindungs-ACK-Pakete überwacht. (ACK-Pakete auf der Netzwerkebene können netzwerkweit auf einer festgelegten Frequenz übertragen und empfangen werden, wenn das Datenverkehrsaufkommen gering ist, das heißt, es gibt keine Notwendigkeit, verschiedene ACK-Frequenzen für ein Netzwerk-ACK-Paket anzugeben.) Optional kann das Informationspaket eine Netzwerk-ACK-Frequenz enthalten, die netzwerkweit für die Ende-zu-Ende-Bestätigung des betreffenden Datenpakets verwendet wird, oder es lassen sich für jeden Abschnitt des Netzwerk-ACK-Pakets auf dem Weg zum Ziel verschiedene Netzwerk-ACK-Frequenzen auswählen. Ein zwei Oktette oder sechzehn Bit umfassendes Zeitstempelfeld 319 gibt den Zeitpunkt an, zu dem das Datenpaket vom Netzwerkquell-MAN gesendet wurde. Ein vier Bit langes Dienstgütenfeld (Quality of Service, QOS) 320 bezeichnet den Diensttyp und die Dienstgüte, die der sendende Benutzer für die Ende-zu-Ende-Paketübertragung angefordert hat. Ein Datenfeld variabler Größe 321 ist die Paketnutzlast oder die Information, die der sendende Benutzer an das endgültige Ziel zu übermitteln wünscht. Ein sechzehn Bit langes Paket-CRC-Feld (Cyclical Redundancy Check, zyklische Redundanzprüfung) 322 wird zur Erkennung und Korrektur von Paketübertragungs- und -empfangsfehlern verwendet.
Optionale MAN-Kennungen können im Netzwerk eingesetzt werden. Genauer gesagt, gibt ein optimales Quell-, Ziel- und Netzwerkquell-MAN-Kennungsfeld 315 die Verwendung der optionalen MAN-Kennungen im Datenpaket an. Im Allgemeinen ist die im Netzwerk verwendete MAN-Kennung eine IP-Adresse, um die Adressierung und das Routing der Internetverkehrsauflösung zu vereinfachen (einschließlich umgekehrter Adressierung und aller normalen adressbezogenen Funktionen, die für einen Fachmann durchschnittlichen Fachwissens offenbar sind). Es gibt zahlreiche MAN-Kennungsschemata, die für einen Fachmann durchschnittlichen Fachwissens erkennbar sind; zum Beispiel kann die MAN-Kennung auch eine Telefonnummer sein. Die MAN-Kennung ist eine eindeutige Kennung, die jedem MAN zugewiesen ist und dabei helfen kann, einen MAN in einem überlasteten Gebiet oder einen MAN zu erkennen, der sich fortbewegt hat.
Zusätzlich lassen sich MNIDs als kennzeichnendes Merkmal innerhalb des MAN durch MAN-Kennungen ersetzen. In diesem Fall wird eine Datenbank benötigt, um den Standort eines MAN der MAN-Kennung (zum Beispiel der IP-Adresse) zuzuordnen.
4 zeigt ein Bestätigungspaket (ACK-Paket) für Verbindungen 400, welches die relevanten Felder des ACK-Pakets für Verbindungen angibt, darunter Adress- und Kenndaten. Das Verbindungs-ACK-Paket hat ein Startflagfeld 301 wie zuvor beschrieben. Ein vier Bit langes Pakettypenfeld 402 bezeichnet den Pakettyp. Die vier Bit, die ein Datenpaket bezeichnen, sind 1110. Das MNID-Feld (MAN-Kennung) 403 einer Quelle (das heißt, des sendenden wandernden Knotens dieser Verbindung) besteht aus drei Teilfeldern, nämlich einem x-Koordinatenfeld 404, einem y-Koordinatenfeld 405 und einem z-Koordinatenfeld 406. Die Quell-MNID ist die Kennung des sendenden MAN für eine Funkverbindungsstrecke wie zuvor beschrieben. Ein ein Oktett langes Verbindungspaketkennungsfeld 408 bezeichnet das betreffende Paket, welches bestätigt wird, auf einer Funkverbindungsstrecke. Das CRC-Feld 322 und das Endflagfeld 323 schließen die Verbindungs-ACK-Paketfelder wie zuvor beschrieben ab. Ein ACK-Paket kann nur auf den Empfang eines guten Datenpakets ansprechen. Ein optionales Quell-MAN-Kennungsfeld 407 kann wie in der Beschreibung zu 3 beschrieben verwendet werden.
5 beschreibt die wichtigsten Felder eines ACK-Pakets für das Netzwerk 500, welches Adress- und Kennungsdaten enthält. Der Zweck des Netzwerk-ACK-Pakets besteht darin, dass die Paketnetzwerkziel-MNID den ordnungsgemäßen Empfang des betreffenden Pakets der Netzwerkquell-MNID des Pakets bestätigt. Das Netzwerk-ACK-Paket hat ein Startflagfeld 301 wie zuvor beschrieben. Ein vier Bit langes Pakettypenfeld 502 bezeichnet den Pakettyp. Die vier Bit, die ein Datenpaket bezeichnen, sind 1101. Ein Quell-MNID-Feld (MAN-Kennung) 503 (MAN, von dem das Paket innerhalb des Netzwerks stammte) besteht aus drei Teilfeldern, nämlich einem x-Koordinatenfeld 504, einem y-Koordinatenfeld 505 und einem z-Koordinatenfeld 506. Die Quell-MNID ist der übertragende MAN oder der Paketherkunftspunkt im Netzwerk wie zuvor beschrieben. Ein vier Oktette langes Netzwerkpaketkennungsfeld 508 bezeichnet das betreffende Paket über das Netzwerk, welches bestätigt wird. Nur ein Datenpaket kann bestätigt werden. Das CRC-Feld 322 und das Endflagfeld 323 schließen die Netzwerk-ACK-Paketfelder wie zuvor beschrieben ab. Ein optionales Quell-MAN-Kennungsfeld 507 kann wie in der Beschreibung zu 3 beschrieben verwendet werden.
6 beschreibt die wichtigsten Felder eines Informationspakets 600, welches Adress-, Standort- und Kennungsdaten enthält. Der Zweck des Informationspakets besteht darin, die benachbarten MANs über die Fortbewegung des übertragenden MAN, die auf einer festgelegten Frequenz übertragen wird, in Kenntnis zu setzen. MANs, die dieses Paket empfangen, speichern den neuen Standort für den sich fortbewegenden MAN. Auf diese Weise können Pakete, die an den sich fortbewegenden MAN gesendet werden, von seinem Standort, der von seiner MNID (Originalstandort) entlang seines Bewegungspfades geroutet werden und erreichen den Ziel-MAN schließlich an seinem aktuellen Standort. Das Informationspaket hat ein Startflagfeld 301 wie zuvor beschrieben. Ein vier Bit langes Pakettypenfeld 602 bezeichnet den Pakettyp. Die vier Bit, die ein Datenpaket bezeichnen, sind 0000. Ein MNID-Feld 603 (welches den sich fortbewegenden MAN bezeichnet) besteht aus drei Teilfeldern, nämlich einem x-Koordinatenfeld 604, einem y-Koordinatenfeld 605 und einem z-Koordinatenfeld 606 wie zuvor beschrieben. Ein Feld mit der Angabe des aktuellen Standorts 607 bezeichnet den aktuellen Standort des MAN zum Zeitpunkt der Übertragung des Pakets und hat dasselbe Format wie eine MNID wie zuvor beschrieben. Das CRC-Feld 322 und das Endflagfeld 323 schließen das Netzwerk-ACK-Paketfeld wie zuvor beschrieben ab. Ein optionales Quell-MAN-Kennungsfeld 611 kann wie in der Beschreibung zu 3 beschrieben verwendet werden.
F. Datenflusssteuerung am empfangsseitigen Ende der ersten Ausführungsform
7A bis 7D zeigen ein Flussdiagramm, welches darstellt, wie die vorliegende Erfindung eingehende Pakete verarbeitet, die in einem Temporärspeicher (zum Beispiel RAM) welcher den vom Signalempfänger 213 empfangenen Signalen entspricht, zwischengespeichert wurden. Die CPU bestimmt die Leistung oder Qualität der empfangenen Pakete, wenn der Empfänger die eingehenden Pakete in seinem internen Register ablegt. Die CPU verschiebt ein empfangenes Paket zur temporären Speicherung aus dem Register an eine Position im RAM, wenn Leistung oder Qualität des Pakets ausreichend sind. Die CPU versucht, die Start- und Endflags (301 bzw. 323) zu ermitteln. Falls die Start- und Endflags erkannt werden, sind Anfang und Ende eines Pakets festgestellt. Die CPU berechnet eine CRC für das empfangene Paket und vergleicht diese mit der im CRC-Feld 322 des empfangenen Pakets vorhandenen CRC. Wenn die beiden Werte gleich sind, dann ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass das empfangene Paket ein lesbares Paket ist. Die CPU erkennt den Typ des empfangenen Pakets, indem sie das Pakettypenfeldbitmuster im Pakettypenfeld mit den Bitmustern vergleicht, die ein Datenpaket (1111), ein Verbindungs-ACK-Paket (1110), ein Netzwerk-ACK-Paket (1101) oder ein Informationspaket (0000) bezeichnen.
Wenn der Pakettyp ein Verbindungs-ACK-Paket 402 ist, dann vergleicht die CPU das im RAM gespeicherte Quell-MNID-Feld 403 mit der bei der Initialisierung in das RAM geschriebenen MNID. Sind die Werte gleich (das heißt, ist das Paket für diesen MAN vorgesehen), dann greift die CPU auf die RAM-Position zu, wo das Paket, welches der im Verbindungspaketkennungsfeld 408 gespeicherten Verbindungspaketkennung entspricht, gespeichert ist, und löscht diese. Dieses Verbindungs-ACK-Paket bestätigt dem Quell-MAN des Datenpakets den ordnungsgemäßen Empfang eines Datenpakets über eine Verbindungsstrecke. Sind die MNIDs nicht gleich (das heißt, das Paket ist nicht für diesen MAN vorgesehen), dann fährt die CPU fort, Pakete mit ausreichender Leistung oder Qualität vom Signalempfänger zu erwarten. Wird die optionale MAN-Kennung verwendet, dann kann die CPU das optionale Quell-MAN-Kennungsfeld mit der MAN-Kennung vergleichen, um zu bestimmen, ob das Paket für diesen MAN vorgesehen ist (dies ist praktisch in einem überlasteten Gebiet, oder wenn ein MAN sich fortbewegt).
Wenn der Pakettyp ein Netzwerk-ACK-Paket 502 ist, dann vergleicht die CPU die im Netzwerkquell-MNID-Feld 503 angegebene MNID mit der MNID des empfangenden MANs. Sind die Werte gleich (das heißt, ist das Paket für diesen MAN vorgesehen), dann greift die CPU auf die RAM-Position zu, wo das der im Netzwerkpaketkennungsfeld 508 gespeicherten Netzwerkpaketkennung entsprechende Paket gespeichert ist, und löscht sie. Dieses Netzwerk-ACK-Paket bestätigt den ordnungsgemäßen Ende-zu-Ende-Empfang eines Datenpakets gegenüber der ursprünglichen Netzwerkquelle des Datenpakets. Sind die MNIDs nicht identisch (das heißt, das Paket ist nicht für diesen MAN vorgesehen), dann schaltet die CPU auf ein Modul um, welches ein Netzwerk-ACK-Paket (10) erzeugt und überträgt, wodurch die Bestätigung des Netzwerk-ACK-Pakets gegenüber der Netzwerkquelle des Pakets fortlaufend aufrechterhalten wird. Anschließend fährt die CPU fort, Pakete mit ausreichender Leistung oder Qualität vom Signalempfänger zu erwarten. Wird die optionale MAN-Kennung verwendet, dann kann die CPU das optionale Quell-MAN-Kennungsfeld mit der MAN-Kennung vergleichen, um zu bestimmen, ob das Paket für diesen MAN vorgesehen ist.
Wenn der Pakettyp ein Informationspaket 602 ist, dann speichert die CPU den aktuellen Standort im Feld mit der Angabe des aktuellen Standorts 607 entsprechend der Quell-MNID im Quell-MNID-Feld 603 in einer Nachschlagetabelle im RAM oder auf der Festplatte, sofern vorhanden. Anschließend fährt die CPU fort, Pakete mit ausreichender Leistung oder Qualität vom Signalempfänger zu erwarten.
Wenn der Pakettyp ein Datenpaket 302 ist, dann vergleicht die CPU die aktuelle Zeit mit dem Zeitstempel im Zeitstempelfeld 319, um zu ermitteln, wie alt das Paket ist. Ist das Paket veraltet (beispielsweise älter als 30 Minuten), dann greift die CPU auf die RAM-Position zu, in der die Daten gespeichert sind, und löscht sie. Anschließend fährt die CPU fort, eingehende Pakete mit ausreichender Leistung oder Qualität vom Signalempfänger zu erwarten. Wenn das Datenpaket nicht veraltet ist, verschiebt die CPU es auf die Festplatte, sofern vorhanden; andernfalls verbleibt es im RAM. Die CPU schaltet auf ein Modul um, welches ein Verbindungs-ACK-Paket 400 erzeugt und verschickt (siehe 9). Die CPU vergleicht die MNID des empfangenden MAN mit der MNID im Ziel-MNID-Feld 307. Sind diese identisch, dann hat das Datenpaket seinen endgültigen Empfänger erreicht, weswegen die CPU auf ein Modul umschaltet, welches ein Netzwerk-ACK-Paket 500 erzeugt und überträgt (siehe 10). Anschließend fährt die CPU fort, eingehende Pakete mit ausreichender Leistung oder Qualität vom Signalempfänger zu erwarten.
Hat das empfangene Datenpaket sein Ziel nicht erreicht, dann muss es neu übertragen werden. Die CPU greift auf die Nachschlagetabelle im RAM zu, um zu ermitteln, ob es für den Ziel-MAN einen Eintrag in der Nachschlagetabelle gibt. Wenn für den Ziel-MAN ein Eintrag in der Nachschlagetabelle vorhanden ist (der MAN hat sich fortbewegt), dann platziert die CPU die neue Position für den Ziel-MAN aus der Nachschlagetabelle im Ziel-MNID-Feld des entsprechenden im RAM gespeicherten Pakets. Die CPU berechnet die Entfernung zum Ziel-MAN, nachdem sie den aktuellen Standort (Koordinaten x, y und z) aus einem Register in der physischen Standortkennung (PLI) in ein lokales Register verschoben hat, wobei sie die Koordinateninformationen im Ziel-MNID-Feld und den aktuellen Standort im lokalen Register verwendet. Die CPU initialisiert einen Zähler für die automatische Neuübertragung (dieser wird zum Beispiel auf drei Versuche gesetzt). Die CPU bestimmt, ob das QOS-Feld 320 angibt, dass die Dienstgüte niedrige Bandbreite oder hohe Latenz sein kann. Wenn das QOS-Feld angibt, dass die Dienstgüte besser sein muss als niedrige Bandbreite oder hohe Latenz, dann wird das Datenpaket mit CDMA-Techniken übertragen, sofern der empfangende MAN hierzu geeignet ist. Andernfalls liest die CPU die Konfigurationsinformationen aus, um zu bestimmen 701, ob der MAN eine Richtstrahlantenne hat (die Fortsetzung erfolgt dann entsprechend nachfolgender Beschreibung unter Berücksichtigung des Bedingungsblocks 701). Ferner besteht, wenn der empfangende MAN nicht für CDMA-Übertragungstechniken geeignet ist, der nächste Schritt darin, auch im Bedingungsblock 701 auf eine Richtstrahlantenne zu prüfen (die anschließende Verarbeitung erfolgt dann entsprechend nachfolgender Beschreibung).
Die CPU schlägt den empfangenden MAN in einer Nachschlagetabelle nach, um zu ermitteln, ob er sich in einem Gebiet mit hoher MAN-Dichte befindet (dieser Schritt ist optional, kann aber eine bessere Leistung zur Folge haben). Je mehr MANs sich in einem Gebiet befinden, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit von Interferenzen, weswegen Richtstrahlübertragungsantennen dabei helfen, Streusignale zu verringern. Die CPU liest die MAN-Konfigurationsdaten im RAM aus, um zu bestimmen, welche Antennentypen verfügbar sind. Wenn eine Richtstrahlübertragungsantenne nicht verfügbar ist, berechnet die CPU die erforderliche Signalübertragungsleistung wie in Block 702 abgebildet. Die anschließende Verarbeitung erfolgt dann entsprechend nachfolgender Beschreibung unter Berücksichtigung des Bedingungsblocks 702.
Wenn eine Richtstrahlübertragungsantenne vorhanden ist, dann kann der Richtstrahlantennenübertragungsvorgang wie nachfolgend beschrieben ablaufen. Die CPU bestimmt die Entfernung zum Ziel-MAN unter Verwendung des aktuellen Standorts des MAN, der aus einem Register in der PLI ausgelesen wird, und der MNID oder des Standorts des Ziel-MAN. Ist die Entfernung größer als die Entfernung (von beispielsweise 50 Meilen [80 km]), die ein Signal ohne Beeinträchtigung der Signaleigenschaften (zum Beispiel ausreichende Leistungs- oder Rauschabstandswerte) erwartungsgemäß zurücklegen kann, dann wird die Entfernung auf 50 Meilen für Signalübertragungsberechnungen gesetzt, anderenfalls wird die Entfernung auf dem tatsächlichen Wert belassen. Auf diese Weise lassen sich Zwischenabschnitte oder -verbindungen einrichten und ausführen. Die zur Übertragung des Signals mit guter Signalqualität (zum Beispiel ausreichende Leistungs- oder Rauschabstandswerte, etwa ein Rauschabstand zwischen –5 und 10 dB) in einem Radius der zuvor bestimmten Entfernung erforderliche Leistung wird berechnet. Die CPU berechnet die Richtung des Ziel-MAN und bewegt die Antenne so, dass sie in diese Richtung weist. Die CPU verschiebt das Datenpaket, das im RAM gespeichert war, in ein Register im Sender, der das Paket überträgt. Die CPU initialisiert und startet einen Countdown zur automatischen Neuübertragung. Die CPU erwartet die Ankunft eines Verbindungs-ACK-Pakets, das dem übertragenden Datenpaket entspricht (das heißt, die im Datenpaket vorhandene Paketkennung passt zur Paketkennung im Verbindungs-ACK-Paket), in einem Senderregister wie zuvor beschrieben.
Wenn ein Verbindungs-ACK-Paket, das dem Datenpaket entspricht, empfangen wird, startet der Empfangsalgorithmus von Neuem, wobei die CPU auf Pakete wartet, die aus einem Register im Empfänger eingehen. Andernfalls wartet die CPU weiter auf ein entsprechendes Verbindungs-ACK-Paket, bis der Zeitgeber für die automatische Neuübertragung über die Verbindung abläuft. Anschließend versucht die CPU, das Paket mit der Rundstrahlantenne, sofern eine solche vorhanden ist, neu zu übertragen. Auf diese Weise kann der MAN mit allen benachbarten MANs im Signalbereich kommunizieren. Wenn keine Rundstrahlantenne vorhanden ist, wird die Richtstrahlantenne auf den nächsten Winkel gedreht, sofern noch keine vollständige 360°-Drehung stattgefunden hat, und kommuniziert so weiterhin mit benachbarten MANs im Signalbereich. Das Datenpaket wird dann wie zuvor beschrieben erneut sequenziell übertragen. Wurde die Antenne einmal um 360° gedreht, dann wird die Übertragungsdistanz für Signalübertragungsberechnungen um zehn Meilen [16 km] verringert. Leistungsberechnung und Signalübertragungen werden wie zuvor beschrieben wiederholt. Die Distanz wird solange iterativ um 10 Meilen verringert und die Vorgänge der Leistungsberechnung und Signalübertragung wiederholt, bis ein Antwort-Verbindungs-ACK-Paket empfangen wird oder die Entfernung nicht mehr größer als null ist.
Wenn die CPU im Bedingungsblock 701 erkennt, dass eine Richtstrahlübertragungsantenne vorhanden ist, dann kann die zuvor beschriebene Prozedur der Signalübertragung mit einer Richtstrahlantenne verwendet werden. Andernfalls berechnet die CPU die zur Übertragung eines guten Signals (zum Beispiel eines Signals mit einem Rauschabstand zwischen –5 und 10 dB) über die angegebene Entfernung erforderliche Leistung. Das Datenpaket 300 wird übertragen, und ein Zeitgeber für den Countdown zur automatischen Neuübertragung wird wie zuvor beschrieben initialisiert und gestartet. Der Empfangsalgorithmus beginnt dann von vorne, das heißt, die CPU wartet wie oben beschrieben auf neue eingehende Pakete über den Empfänger, sofern ein Antwort-Verbindungs-ACK-Paket empfangen wird. Andernfalls wartet die CPU auf ein Verbindungs-ACK-Paket zur Beantwortung eines übertragenen Datenpakets (das heißt, ein Link-ACK-Paket mit einer Verbindungspaketkennung 408, die der Verbindungspaketkennung 316 entspricht), bis der Zeitgeber für die automatische Neuübertragung abläuft. Wenn der Zeitgeber für die automatische Neuübertragung abläuft, wird die Entfernung um zehn Meilen verringert, und dann wird der Signalübertragungsvorgang wie zuvor beschrieben wiederholt. Der Vorgang der Verringerung der Übertragungsentfernung, der Berechnung der erforderlichen Leistung und der Übertragung des Pakets wird wiederholt, bis entweder ein Link-ACK-Paket in Beantwortung des übertragenen Datenpakets empfangen wird oder die geänderte Entfernung nicht mehr positiv ist.
Wenn der Pakettyp des empfangenen Pakets keiner der erkannten Typen ist, wird er zur möglichen weiteren Analyse protokolliert. Anschließend wartet die CPU weiter auf Signale vom Empfänger wie oben beschrieben.
G. Datenflusssteuerung am sendeseitigen Ende der ersten Ausführungsform
8 zeigt ein Flussdiagramm, welches den Datenfluss in Bezug auf das Informationspaket 600 darstellt, welches von einem MAN übertragen wird, wenn er sich fortbewegt, um die benachbarten MANs von seiner neuen Position in Kenntnis zu setzen. Die CPU stellt ein Informationspaket im RAM zusammen, indem sie Daten auswertet und anschließend alle Paketfelddaten im RAM anordnet und dadurch ein vollständiges Informationspaket (6) im RAM erstellt, welches für die anschließende Übertragung in ein Register im Sender verschoben werden kann. Die CPU bestimmt, ob der MAN sich seit der letzten Übertragung eines Informationspakets fortbewegt hat. Hat der MAN sich fortbewegt, dann bestimmt die CPU, ob ein Bewegungsanzeigezeitgeber abgelaufen ist, der angibt, dass es Zeit ist, den aktuellen Standort zu übertragen. Die CPU fragt den Zeitgeber fortlaufend ab, bis er abgelaufen ist. Zwischen den Zeitgeberüberprüfungen führt die CPU normalerweise andere Module aus. Die CPU schreibt das Bitmuster 01111110 in den Bereich des acht Bit langen Startflagfeldes 301 im RAM. Die CPU schreibt das Bitmuster 0000 in den Bereich des Pakettypenfeldes 602 im RAM. Die CPU liest die RAM-Position aus, die dem bei der Initialisierung eingestellten 96 Bit langen Quell-MNID-Wert entspricht. Die CPU schreibt den abgerufenen Quell-MNID-Wert an die RAM-Position, die dem Quell-MNID-Feld 603 entspricht. Die CPU schreibt das Bitmuster 01111110 in das Endflagfeld 323. Die CPU liest den aktuellen Standort aus einem Register in der PLI und schreibt ihn an die RAM-Position, die dem Feld mit der Angabe des aktuellen Standorts 607 entspricht. Schließlich berechnet die CPU die CRC für das Informationspaket unter Verwendung von Nullen für den CRC-Wert in der Berechnung und schreibt sie dann an die RAM-Position, die dem Paket-CRC-Feld 322 entspricht.
9 zeigt ein Flussdiagramm, welches den Datenfluss in Bezug auf das Verbindungs-ACK-Paket 400 veranschaulicht. Das Verbindungs-ACK-Paket wird in Beantwortung eines empfangenen Datenpakets 300 gesendet. Die CPU erstellt ein Verbindungs-ACK-Paket im RAM, indem sie Feldinhalte bestimmt und anschließend alle Paketfeldinhalte im RAM anordnet und dadurch ein vollständiges Verbindungs-ACK-Paket (4) im RAM erstellt, welches für die anschließende Übertragung in ein Register im Sender verschoben werden kann. Die CPU schreibt das Bitmuster 01111110 in den Bereich des acht Bit langen Startflagfeldes 301 im RAM. Die CPU schreibt das Bitmuster 1110 in den Bereich des Pakettypenfeldes 402 im RAM. Die CPU liest den 96 Bit langen Quell-MNID-Wert im Quell-MNID-Feld 303 aus dem RAM aus, wo das zuvor empfangene Datenpaket 300 gespeichert ist. Die CPU schreibt den abgerufenen Quell-MNID-Wert an die RAM-Position, die dem Quell-MNID-Feld 403 entspricht. Die CPU liest die sechzehn Bit lange Verbindungspaketkennung von der RAM-Position aus, die dem gespeicherten Verbindungspaketkennungsfeld 315 des zuvor empfangenen und gespeicherten Datenpakets 300 entspricht. Die CPU schreibt die Verbindungspaketkennung an die RAM-Position, die dem Verbindungspaketkennungsfeld 408 entspricht. Die CPU schreibt das Bitmuster 01111110 in das Endflagfeld 323. Schließlich berechnet die CPU die CRC für das Verbindungs-ACK-Paket unter Verwendung von Nullen für den CRC-Wert in der Berechnung und schreibt sie dann an die RAM-Position, die dem Paket-CRC-Feld 322 entspricht.
10 ist ein Flussdiagramm, welches den Datenfluss in Bezug auf das Netzwerk-ACK-Paket 500 beschreibt. Die CPU bestimmt die Inhalte des Netzwerk-ACK-Paketfeldes und setzt diese im RAM zusammen. Das Netzwerk-ACK-Paket wird in Beantwortung eines empfangenen Datenpakets 300 gesendet. Die CPU schreibt ein Bitmuster 01111110 an die RAM-Position, die dem acht Bit langen Startflagfeld 301 entspricht. Die CPU schreibt das Bitmuster 1101 an die RAM-Position, die dem Pakettypenfeld 502 entspricht. Die CPU liest den 96 Bit langen Netzwerkquell-MNID-Wert von der RAM-Position aus, die dem Netzwerkquell-MNID-Feld 311 des zuvor empfangenen und gespeicherten Datenpakets 300 entspricht. Die CPU schreibt den abgerufenen Netzwerkquell-MNID-Wert an die RAM-Position, die dem Quell-MNID-Feld 503 entspricht. Die CPU liest die sechzehn Bit lange Netzwerkpaketkennung von der RAM-Position, die dem Netzwerkpaketkennungsfeld 317 des abgerufenen Datenpakets 300 entspricht, aus und schreibt sie an die RAM-Position, die dem Verbindungspaketkennungsfeld 508 entspricht. Die CPU schreibt das Bitmuster 01111110 an die RAM-Position, die dem Endflagfeld 323 entspricht. Schließlich berechnet die CPU die CRC des Netzwerk-ACK-Pakets wie zuvor beschrieben und schreibt sie an die RAM-Position, die dem Paket-CRC-Feld 322 entspricht.
11 ist ein Flussdiagramm, welches den Datenfluss in Bezug auf das Datenpaket 300 beschreibt. Die CPU bestimmt die Inhalte des Datenpaketfeldes und ordnet sie im RAM an, um ein komplettes Datenpaket zu erzeugen, welches für die Übertragung in ein Register im Sender geschrieben werden kann. Das Datenpaket wird in Beantwortung eines entweder von einem anderen MAN oder vom Paketnetzwerkeintrittspunkt empfangenen Datenpakets 300 übertragen. Die CPU schreibt ein Bitmuster 01111110 an die RAM-Position, die dem acht Bit langen Startflagfeld 301 entspricht. Die CPU schreibt das Bitmuster 1111 an die RAM-Position, die dem Pakettypenfeld 302 entspricht. Die CPU liest die RAM-Position, die der bei der Initialisierung im RAM gespeicherten, 96 Bit langen MNID entspricht, aus und schreibt sie an die RAM-Position, die dem Quell-MNID-Feld 303 entspricht. Die CPU bestimmt, über welchen Anschluss das Paket empfangen wurde (zum Beispiel die RS-232-Schnittstelle, die Ethernetnetzwerkschnittstelle 270, den Signalempfänger 213 oder andere Schnittstellen, sofern vorhanden), um zu bestimmen, ob das Paket von innerhalb des Netzwerks oder von außerhalb des Netzwerks stammt, und bestimmt so, ob der MAN sich am Rande des Netzwerks befindet oder nicht. Die 96 Bit lange Ziel-MNID wird anders bestimmt, wenn das Softwaremodul, welches die Kommunikationsschnittstelle am RS-232-Anschluss bereitstellt, TCP/IP nicht unterstützt. In diesem Fall muss die CPU die Ziel-MNID bei der Benutzeranwendung abrufen. Bei der vorliegenden Erfindung ist dies nicht der Fall, das heißt, die CPU liest die Ziel-MNID von der RAM-Position aus, die dem Ziel-MNID-Feld 307 des entsprechenden, zuvor gespeicherten Datenpakets entspricht. Die CPU schlägt die MNID (oder, sofern verwendet, die MAN-Kennung) in der Nachschlagetabelle im RAM nach, um zu bestimmen, ob die MNID (oder MAN-Kennung) in der Nachschlagetabelle vorhanden ist. Wenn die MNID (oder MAN-Kennung) in der Nachschlagetabelle vorhanden ist, schreibt die CPU den entsprechenden MNID-Wert aus der Nachschlagetabelle an die RAM-Position, die dem MNID-Feld 307 entspricht. Andernfalls schreibt die CPU die abgerufene Ziel-MNID an die RAM-Position, die dem Ziel-MNID-Feld 307 entspricht. Die Netzwerkquell-MNIDs 311 werden je nachdem, ob der MAN sich am Rande des Netzwerk befindet oder nicht, unterschiedlich bestimmt. Befindet sich der MAN am Rand des Netzwerks, dann liest die CPU die RAM-Position aus, die der bei der Initialisierung eingegebenen MNID entspricht, und speichert den Wert an der RAM-Position, die dem Netzwerkquell-MNID-Feld 311 entspricht. Befindet sich der MAN innerhalb des mobilen Netzwerks, dann liest die CPU die RAM-Position aus, die dem gespeicherten Netzwerkquell-MNID-Feld des zuvor gespeicherten Datenpakets entspricht, und schreibt den Wert an die RAM-Position, die dem Netzwerkquell-MNID-Feld 311 entspricht. Die CPU berechnet eine eindeutige Verbindungspaketkennung und schreibt diese an die RAM-Position, die dem Verbindungspaketkennungsfeld 316 entspricht. Die CPU berechnet eine eindeutige Netzwerkpaketkennung, wenn sich der MAN am Netzwerkpaketeintrittspunkt befindet; andernfalls liest die CPU sie von der RAM-Position aus, die dem Netzwerkpaketkennungsfeld 317 des zuvor gespeicherten Datenpakets entspricht. Die Netzwerkpaketkennung wird an die RAM-Position geschrieben, die dem Netzwerkpaketkennungsfeld 317 entspricht. Die CPU liest ihren internen Taktgeber aus und schreibt die Zeit an die RAM-Position, die dem Zeitstempelfeld 319 entspricht. Es kann abhängig von der Software, die die Kommunikation mit dem RS-232-Anschluss wie oben referenziert vermittelt, erforderlich sein, Dienstgüte und Daten von der Benutzeranwendung zu beziehen. Die RS-232-Anschlussschnittstelle der vorliegenden Erfindung unterstützt TCP/IP, das heißt, die CPU liest die RAM-Positionen aus, die den QOS- und Datenfeldern 320 bzw. 321 des zuvor gespeicherten Datenpakets entsprechen, und schreibt sie an die RAM-Positionen, die den QOS- und Datenfeldern 320 bzw. 321 entsprechen. Die CPU schreibt das Bitmuster 01111110 an die RAM-Position, die dem Endflagfeld 323 entspricht. Schließlich berechnet die CPU die CRC für das Datenpaket unter Verwendung der Nullen im CRC-Feld und schreibt sie dann an die RAM-Position, die dem Paket-CRC-Feld 322 entspricht.
H. Paketstruktur der zweiten Ausführungsform
12 gibt die relevanten Felder im Informationspaket 1200 an. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich dahingehend von der ersten, dass sie Methoden und Systeme zur Erfassung und/oder Verteilung einer Datenbank mit Knotenpositionsinformationen enthält, sodass ein sendender Knoten vor der Übertragung einer Nachricht mögliche Knoten- und Paketrouten zu einem Ziel ermitteln kann. Die Datenbank kann regional oder global sein und lokal auf den MANs, bei festgelegten Regionalknoten oder an jedem beliebigen anderen Standort abgelegt sein, auf den ein Quellknoten zur Berechnung eines Knoten-zu-Knoten-Zielpfads zugreifen kann.
Das Informationspaket, welches die Positionsinformationen enthält, wird mit einer festgelegten Periodizität als Broadcast gesendet, um Informationen weiterzugeben, die für das Routing von Paketen durch das Netzwerk verwendet werden. Jedes Paket hat ein acht Bit langes Startflagfeld 1201 mit dem Wert 01111110. Ein vier Bit langes Pakettypenfeld 1202 bezeichnet den Pakettyp. Die vier Bit, die ein Informationspaket bezeichnen, sind 0000. Ein zwölf Oktette umfassendes wanderndes MAN-Kennungsfeld (MNID-Feld) 1203 enthält drei Teilfelder mit je vier Oktetten, nämlich einem x-Koordinatenfeld 1204, einem y-Koordinatenfeld 1205 und einem z-Koordinatenfeld 1206 entsprechend der Beschreibung zur ersten Ausführungsform. Die Quell-MNID ist ein MAN, der versucht, Routinginformationen über sich selbst weiterzuleiten, damit andere wandernde Knoten in die Lage versetzt werden, Pakete über ihn zu routen. MNIDs bestehen aus den Koordinaten x, y und z.
Ein vier Bit langes Feld zur Beschreibung des Trajektorievektortyps 1208 gibt an, welcher Typ eines Trajektorievektors verwendet werden muss. Die Trajektorievektortypen sind Straße, Schifffahrtsweg, Flugweg, Eisenbahn und freies Format (auch andere Typen können vorhanden sein), denen die Bitmuster 1111, 1110, 1101, 1100 bzw. 0000 zugewiesen sind. Ein Trajektorievektorfeld 1209 variabler Länge gibt den Trajektorievektor des wandernden Zugangsknotens an. Dieses Feld kann abhängig vom Vektortyp und der erforderlichen Genauigkeit erweitert werden. Ein vier Bit langes MAN-Typenfeld 1210 gibt den Typen des wandernden Zugangsknotens an. Verfügbare MAN-Typen sind mobiler MAN und Routing-MAN. Der mobile MAN ist ein Zugangsknoten, der wandert und versucht, Pakete über ihren festgelegten Pfad zu übergeben und Routen für Pakete zu erzeugen, die er selbst erzeugt. Ein Routing- oder Weiterleitungs-MAN ist ein wandernder Zugangsknoten, der sich fortbewegt oder auf eine Weise umherzieht, dass er sich in einem vordefinierten geografischen Gebiet bewegt und Informationspakete erfasst, um genug Informationen zu erhalten, damit er zur Erzeugung von Routen für Pakete geeignet ist, die das Netzwerk von Ende zu Ende durchqueren. Routing MANs übertragen diese Informationen bei ihrer Fortbewegung ebenso wie mobile MANs. Der Routing-MAN ist erforderlich, um Routinginformationen von wandernden Zugangsknoten innerhalb ihres geografischen Gebiets zu ermitteln, die sich nicht nah genug an anderen wandernden Zugangsknoten (zum Beispiel außerhalb des Funkübertragungs- oder -empfangsbereichs) befinden, um ihre Routinginformationen mithilfe normaler Funkkommunikationstechniken weiterzugeben. Das bedeutet, dass dieser Routing-MAN hingeht und die Routinginformationen abholt, statt darauf zu warten, dass die Routinginformationen zu ihm kommen. Der Routing-MAN wird in Gebieten, die vollständig mit MANs besetzt sind, nicht benötigt. Es sollte beachtet werden, dass Routing-MANs geeignet sind, Pakete zu empfangen und sie zu speichern, wenn sie sich an einen neuen Standort bewegen, und die gespeicherten Pakete anschließend zu übertragen, das heißt, er ermöglicht eine Fortpflanzung der Pakete über den Routing-MAN statt über Funkwellen. Diese Technik ist in Gebieten wertvoll, die nicht vollständig mit wandernden Knoten besetzt sind.
Statt die Informationen umherziehender MANs zu verwenden, kann das System auch festgelegte oder festinstallierte Regionaldatenbanken (106) verwenden, die MANs innerhalb des Bezirks oder der Region erfassen und verfolgen. In diesem Fall würde die Regionaldatenbank Nachschlagetabellen pflegen. Um eine Erfassung der Positionsinformationen durch die Regionaldatenbanken zu ermöglichen, würden MANs in einer gegebenen Region periodisch oder wahllos, zum Beispiel alle paar Sekunden bis hin zu drei Minuten, ihre eigene Geoposition und Kennungsinformationen an eine Regionaldatenbank in ihrer Region melden. Diese Regionaldatenbanken könnten über konventionelle drahtgebundene Übertragungswege aneinander angebunden sein, um den Austausch von Datenbankinformationen zu ermöglichen, sodass sie „globale" Positions- und Kennungsinformationen zu allen MANs in jeder Region eines aus mehreren Regionen bestehenden Gebiets speichern könnten. Vor der Initialisierung einer Übertragung würde ein MAN den Aufenthaltsort des vorgesehenen Empfängers bei der ihm zugewiesenen Regionaldatenbank erfragen und basierend auf den erhaltenen Informationen mithilfe konventioneller Methoden eine Knoten-zu-Knoten-Route zum Empfänger berechnen. Alternativ könnte jeder MAN regelmäßig Informationen von der ihm zugewiesenen Regionaldatenbank herunterladen, um diese Informationen bereits vor der Berechnung einer Knoten-zu-Knoten-Route zum Ziel verfügbar zu haben.
Mehrere Varianten von Schemata zur Bereitstellung der globalen Positionsinformationen könnten eingesetzt werden. Hierzu gehört die Verwendung von Nachschlagetabellen mit Kennungs- und zugehörigen Positionsinformationen, die von einer Kombination umherziehender MANs und festgelegter Regionaldatenbanken stammen. Auch könnte jeder MAN Kennungen und zugehörige Positionen, die als Broadcasts blind von autonom operierenden MANs im Netzwerk gesendet werden, erfassen und lokal speichern. Spezielle Routinen in einem MAN können von einem anderen MAN aufgerufen werden, um über weitere Broadcasts einen bestimmten Knoten basierend auf seiner letzten bekannten Position ausfindig zu machen.
In jedem Fall bezeichnet ein acht Bit langes Feld für den vorausgesagten Signalbereich 1211 den erwarteten Signalbereich mit einer festgelegten Signalqualität. Ein sechzehn Bit langes Zeitstempelfeld 1212 ist ein Zeitstempel, der angibt, wann die Felder im Informationspaket berechnet und abgeschickt wurden. Ein acht Bit langes Feld zur Angabe der verfügbaren Übertragungsfrequenzen 1213 gibt an, für welche Übertragungsfrequenzen der wandernde Zugangsknoten geeignet ist. Ein acht Bit langes Feld zur Angabe der verfügbaren Empfangsfrequenzen 1214 gibt an, welche Signalfrequenzen der wandernde Zugangsknoten für den Signalempfang überwacht. Ein sechzehn Bit langes Paket-CRC-Feld (Cyclical Redundancy Check, zyklische Redundanzprüfung) 1215 wird zur Erkennung und Korrektur von Paketübertragungs- und -empfangsfehlern verwendet. Ein ein Oktett langes Endflagfeld 1216 hat den Wert 01111110 und gibt das Ende des Informationspakets an. Es hat denselben Wert wie das Startflag, das heißt, das Endflag kann als Startflag eines anschließenden Pakets dienen.
Der Trajektorievektor in Verbindung mit den aktuellen x-, y- und z-Koordinaten, der vorausgesagte Signalbereich und der Zeitstempel werden verwendet, um zu bestimmen, wann sich wandernde Zugangsknoten innerhalb gegenseitiger Reichweite befinden, um eine Ende-zu-Ende-Paketroute von einer Netzwerkquelle zu einem Netzwerkziel zu ermitteln. Die MANs fragen die Informationspakete ab, oder genauer gesagt das MAN-Typenfeld. Wenn das MAN-Typenfeld angibt, dass das Informationspaket von einem Routing-MAN stammt, dann werden die Informationen erfasst und gespeichert, und das Paket wird neu übertragen. Auf diese Weise ermitteln alle MANs, welche wandernden Zugangsknoten die Routing-MANs sind, wo sie sich befinden und wann sie in Kontakt mit ihnen kommen.
Optionale MAN-Kennungen können im Netzwerk eingesetzt werden. Genauer gesagt, gibt ein optimales Quell-MAN-Kennungsfeld 1207 die Verwendung der optionalen MAN-Kennungen im Informationspaket an. Im Allgemeinen ist die im Netzwerk verwendete MAN-Kennung eine IP-Adresse, um die Adressierung und das Routing der Internetverkehrsauflösung zu vereinfachen (einschließlich umgekehrter Adressierung und aller normalen adressbezogenen Funktionen, die für einen Fachmann durchschnittlichen Fachwissens erkennbar sind). Es gibt zahlreiche MAN-Kennungsschemata, die für einen Fachmann durchschnittlichen Fachwissens erkennbar sind; zum Beispiel kann die MAN-Kennung auch eine Telefonnummer sein. Die MAN-Kennung ist eine eindeutige Kennung, die jedem MAN zugewiesen ist und dabei helfen kann, einen MAN in einem überlasteten Gebiet oder einen MAN zu erkennen, der sich fortbewegt hat.
Zusätzlich lassen sich MNIDs als kennzeichnendes Merkmal innerhalb des MAN durch MAN-Kennungen ersetzen. In diesem Fall wird eine Datenbank benötigt, um den Standort eines MAN der MAN-Kennung (zum Beispiel der IP-Adresse) zuzuordnen.
13 veranschaulicht ein Datenpaket 1200, welches die relevanten Felder innerhalb eines Datenpakets bezeichnet. Ein acht Bit langes Startflagfeld 1201 gibt den Anfang eines neuen Pakets im Datenfluss wie zuvor beschrieben an. Ein vier Bit langes Pakettypenfeld 1302 mit dem Wert 1111 zeigt an, dass dieses Paket ein Datenpaket ist. Ein sechzehn Bit langes Paketgrößenfeld 1303 gibt die Größe des Datenpakets an. Ein Paketroutenfeld 1305 gibt die Ende-zu-Ende-Route an, die das Paket von der Quelle bis zum Ziel verwenden wird. Ein acht Bit langes Paketroutengrößenfeld 1304 gibt die Größe des Paketroutenfeldes an. Dieses Feld ist nur erforderlich, wenn die Größe des Datenfeldes 1319 nicht festgelegt ist. Das Datenfeld sind die eigentlichen Daten, die an den Ziel-MAN gesendet werden.
Das Paketroutenfeld 1305 ist eine Verkettung von MNIDs, die das Paket auf der Ende-zu-Ende-Paketroute durchqueren wird. Vor der Übertragung werden die Paketrouteninformationen aus einer Datenbank mit ermittelten Netzwerkinformationen (das heißt, MAN-Informationen, die aus erfassten Informationspaketen stammen) bei einem umherziehenden Routing-MAN geholt. Die spezifische Folge der verketteten MNIDs wird vom Prozessor 250 entsprechend einer bevorzugten oder besten Route zu den Koordinaten x, y, z der betreffenden MANs zwischen Quelle und Ziel berechnet. Eine Quell-MNID 1306 gibt die Quelle der Ende-zu-Ende-Übertragung an. Ein erstes MNID-Feld 1310 ist die nächste MNID, die das Paket passieren wird, das heißt, die Quell-MNID sendet das Datenpaket an die erste MNID. Die erste MNID sendet das Paket an die nächste MNID, welche das Paket an die nächste MNID sendet, und so fort, bis eine MNID das Paket an die Ziel-MNID sendet. Die Ziel-MNID ist im Ziel-MNID-Feld 1314 angegeben. Jede MNID enthält eine vier Oktette lange x-Koordinate, eine vier Oktette lange y-Koordinate und eine vier Oktette lange z-Koordinate. So enthält beispielsweise das Quell-MNID-Feld 1306 ein x-Koordinatenfeld 1307, ein y-Koordinatenfeld 1308 und ein z-Koordinatenfeld 1309. Das erste MNID-Feld 1310 enthält ein x-Koordinatenfeld 1311, ein y-Koordinatenfeld 1312 und ein z-Koordinatenfeld 1313. Das Ziel-MNID-Feld 1314 enthält ein x-Koordinatenfeld 1315, ein y-Koordinatenfeld 1316 und ein z-Koordinatenfeld 1317. Die übrigen MNIDs in dieser Abbildung werden nicht explizit beschrieben, da alle MNIDs gleich sind. Die Paketroute 1305 ist ein aus mehreren Abschnitten bestehender Vorwärtspfad zu anderen wandernden Knoten. Der Vorwärtspfad ist eine sortierte Liste von Abschnitten wandernder Knoten von der Quelle zum Ziel. Die Paketroute wird bei jedem wandernden Knoten geändert, weil jeder wandernde Knoten seine eigene MNID entfernt, wenn er das Datenpaket überträgt. ACK-Pakete werden in jedem Abschnitt verwendet, um die MAN-Kennung unmittelbar vor der Kennung des aktuellen wandernden Knotens zu löschen, sodass das Datenpaket bei Bedarf neu übertragen werden kann. Die Quell- und Zielkennungen werden allerdings nicht entfernt, das heißt, ein Ende-zu-Ende-ACK-Paket kann an die Quelle zurückgesendet werden. Da das Netzwerk mobil ist, muss die Route des Rückgabe-ACK-Pakets berechnet werden und darf nicht einfach der Route des Datenpakets in umgekehrter Reihenfolge entsprechen. Ein vier Oktette langes Paketkennungsfeld 1320 enthält eine eindeutige Paketkennung, das heißt, jedes Datenpaket kann mit absoluter Sicherheit identifiziert werden. Ein sechzehn Bit langes Lebensdauerfeld 1321 enthält eine Paketablaufzeit (es kann auch ein Zeitstempel verwendet werden, und das Netzwerk bestimmt die Ablaufzeit anhand der verstrichenen Zeit). Ein Paket-CRC-Feld 1215 gibt eine CRC an. Ein Endflagfeld 1216 schließt das Datenpaket wie zuvor beschrieben ab. Die Felder sind nicht unbedingt in der Reihenfolge angegeben, in der sie übertragen werden. Das Paketroutenfeld wird nach dem Pakettypenfeld übertragen. Ferner wird das Zielfeld in einem Paketroutenfeld zuerst übertragen, damit ein MAN, der ein Paket erhält, ermitteln kann, ob das Paket für ihn bestimmt ist, bevor er Ressourcen bereitstellt, um das eingehende Paket weiter zu verarbeiten.
Ferner können optional eine Quell-, eine erste und eine Ziel-MAN-Kennung 1318 wie zuvor beschrieben verwendet werden.
Ein Netzwerk-ACK-Paket 1400 wie in 14 veranschaulicht bezeichnet die Hauptfelder des Pakets. Das Netzwerk-ACK-Paket bestätigt den Abschluss der Ende-zu-Ende-Paketübertragung über das Netzwerk. Ein acht Bit langes Startflagfeld 1201 bezeichnet den Anfang eines Pakets wie zuvor beschrieben. Ein vier Bit langes Pakettypenfeld 1402 mit dem Bitmuster 1101 bezeichnet das Paket als Netzwerk-ACK-Paket. Eine vier Bit lange Paketkennung 1403 bezeichnet das Paket, welches bestätigt wird. Ein Paketroutenfeld variabler Größe 1404 bezeichnet die Route, die das Netzwerkbestätigungspaket nehmen wird, um den Ziel-MAN zu erreichen. Das Paketroutenfeld enthält ein Quell-MNID-Feld 1405, ein erstes MNID-Feld 1409, verschiedene andere MNID-Felder, die andere Verbindungen zum Ziel angeben (diese MNID-Felder sind nicht abgebildet, um die Zeichnung zu vereinfachen) und ein Ziel-MNID-Feld 1413, welches die Quelle des Pakets angibt, welches bestätigt wird. Die MNID-Felder 1405, 1409 und 1413 enthalten die x-Koordinatenfelder 1406, 1410 und 1414, die y-Koordinatenfelder 1407, 1411 und 1415 und die z-Koordinatenfelder 1408, 1412 and 1416 wie oben beschrieben. Ein Paket-CRC-Feld 1215 gibt eine CRC an. Ein Endflagfeld 1216 beendet das Netzwerk-ACK-Paket wie zuvor für andere Pakete beschrieben. Das heißt, ein MAN kann ein Paket verwerfen, sobald er weiß, dass es nicht für ihn vorgesehen ist. Aus diesem Grund lassen sich die Ressourcen des MAN für andere Zwecke verwenden, statt für die Verarbeitung eines Pakets vergeudet zu werden, das verworfen wird.
Ferner können optional eine Quell-, eine erste und eine Ziel-MAN-Kennung 1417 wie zuvor beschrieben verwendet werden.
15 gibt die relevanten Felder im Verbindungs-ACK-Paket 1500 an. Ein Verbindungs-ACK-Paket ist eine Bestätigung, die angibt, dass eine ordnungsgemäße Übertragung zwischen Knoten stattgefunden hat. Die Bestätigung wird an den MAN gesendet, der das Paket gesendet hat. Das Verbindungs-ACK-Paket beginnt und endet mit den acht Bit langen Startflag- und Endflagfeldern 1201 bzw. 1216 (Bitmuster 01111110) wie oben für andere Pakete beschrieben. Ein vier Bit langes Pakettypenfeld 1502 bezeichnet den Pakettyp als Verbindungs-ACK-Paket. Das Bitmuster, welches ein Verbindungs-ACK-Paket bezeichnet, ist 1110. Ein vier Bit langes Paketkennungsfeld 1503 bezeichnet das zu bestätigende Paket. Das Quell-MNID-Feld 1504 und das Ziel-MNID-Feld 1508 bezeichnet die beiden wandernden Knoten an den Enden der Verbindungsstrecke. Das Quell-MNID-Feld 1504 enthält ein x-Koordinatenfeld 1505, ein y-Koordinatenfeld 1506 und ein z-Koordinatenfeld 1507. Das Ziel-MNID-Feld 1508 enthält ein x-Koordinatenfeld 1509, ein y-Koordinatenfeld 1510 und ein z-Koordinatenfeld 1511. Die Quell-MNID ist die Kennung des MANs, der das Verbindungs-ACK-Paket überträgt, und die Ziel-MNID ist der MAN, der das zu bestätigende Paket übertragen hat.
Ferner können optional eine Quell-, eine erste und eine Ziel-MAN-Kennung 1512 wie zuvor beschrieben verwendet werden.
16 bezeichnet die wesentlichen Felder eines Netzwerk-Negativbestätigungspakets (NAK) für das Netzwerk 1600. Das Netzwerk-NAK-Paket 1600 enthält die Start- und Endflagfelder und das Paket-CRC-Feld 1201 und 1216 und 1215 wie zuvor beschrieben. Ein vier Bit langes Pakettypenfeld 1603 mit dem Bitmuster 1100 bezeichnet das Paket als Netzwerk-NAK-Paket. Ein vier Oktette langes Paketkennungsfeld 1603 bezeichnet das negativ zu bestätigende Quellpaket. Ein Paketroutenfeld variabler Größe 1604 beschreibt die Route, die das Netzwerk-NAK-Paket nehmen wird, um sein Ziel (den ursprünglichen Absender des Pakets, welcher die Netzwerk-NAK verursacht hat) zu erreichen. Die Paketroute bezeichnet jeden MAN-Abschnitt über ein Quell-MNID-Feld 1605, ein erstes MNID-Feld 1609, Felder, die alle Zwischen-MNIDs enthalten, und ein Ziel-MNID-Feld 1613. Die MNID-Felder enthalten x-, y- und z-Koordinatenfelder wie zuvor beschrieben (zum Beispiel enthält die Quell-MNID 1605 das x-Koordinatenfeld 1606, das y-Koordinatenfeld 1607 und das z-Koordinatenfeld 1608).
J. Datenflusssteuerung am empfangsseitigen Ende der zweiten Ausführungsform
17A bis 17C zeigen ein Flussdiagramm, welches darstellt, wie die vorliegende Erfindung eingehende Pakete verarbeitet, die in einen Temporärspeicher (z. B. RAM), welcher den vom Signalempfänger 213 empfangenen Signalen entspricht, zwischengespeichert wurden. Die CPU 250 bestimmt die Leistung oder Qualität der empfangenen Pakete, wenn der Empfänger die eingehenden Pakete in seinem internen Register ablegt. Die CPU verschiebt ein empfangenes Paket zur temporären Speicherung aus dem Register an eine Position im RAM, wenn Leistung oder Qualität des Pakets ausreichend sind. Die CPU versucht, die Start- und Endflags (1201 bzw. 1216) zu ermitteln, das heißt, die CPU vergleicht die Flags mit 01111110. Falls die Start- und Endflags erkannt werden, sind Anfang und Ende eines Pakets festgestellt. Die CPU berechnet eine CRC für das empfangene Paket und vergleicht diese mit der im CRC-Feld 1215 des empfangenen Pakets vorhandenen CRC. Wenn die beiden Werte gleich sind, dann ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass das empfangene Paket ein lesbares Paket ist. Die CPU erkennt den Typ des empfangenen Pakets, indem sie das Pakettypenfeldbitmuster im Pakettypenfeld mit den Bitmustern vergleicht, die ein Datenpaket (1111), ein Verbindungs-ACK-Paket (1110), ein Netzwerk-ACK-Paket (1101) oder ein Informationspaket (0000) bezeichnen.
Wenn der Pakettyp ein Verbindungs-ACK-Paket 1502 ist, dann vergleicht die CPU das im RAM gespeicherte Quell-MNID-Feld 1504 mit der bei der Initialisierung in das RAM geschriebenen MNID. Sind sie gleich, dann löscht die CPU das an der RAM-Position, die der Paketkennung im Paketkennungsfeld 1503 entspricht, gespeicherte Paket. Dieses Verbindungs-ACK-Paket bestätigt dem Quell-MAN des Datenpakets den ordnungsgemäßen Empfang eines Datenpakets über eine Verbindung.
Sind die MNIDs nicht gleich, dann überprüft die CPU ein Flag zu ausstehenden Verbindungs-ACK-Paketen (das heißt, die CPU vergleicht die RAM-Position, die dem Flag entspricht, mit eins, um eine Ausgabe WAHR oder FALSCH zu erhalten), um festzustellen, ob der MAN auf ein Verbindungs-ACK-Paket wartet, welches in Beantwortung eines zuvor gesendeten Datenpakets gesendet wird. Hat das Flag zu ausstehenden Verbindungs-ACK-Paketen den Wert FALSCH, dann fährt die CPU fort, eingehende Pakete mit ausreichender Leistung oder Qualität vom Empfänger zu erwarten. Andernfalls führt die CPU eine weitere Überprüfung durch (das heißt, die CPU vergleicht den Wert des Zeitgebers für den Countdown im RAM mit null), um festzustellen, ob ein Zeitgeber für den Countdown eines Verbindungs-ACK-Pakets abgelaufen ist. Ist der Zeitgeber für den Countdown abgelaufen, dann fährt die CPU fort, eingehende Pakete mit ausreichender Leistung oder Signalqualität vom Empfänger zu erwarten. Andernfalls zählt die CPU einen Zähler für die automatische Neuübertragung herunter und überprüft ihn dann (auf ähnliche Weise wie zuvor beschrieben), um festzustellen, ob der Ergebniswert positiv ist. Das Datenpaket, welches auf die Bestätigung eines ordnungsgemäßen Empfangs wartet, wird neu übertragen, wenn der Zähler für die automatische Neuübertragung positiv ist. Andernfalls erzeugt die CPU eine Netzwerknegativbestätigung (NAK), die übertragen wird wie nachfolgend erläutert (siehe 22). Nach der Übertragung des NAK-Pakets fährt der MAN fort, eingehende Pakete mit ausreichender Signalqualität oder Leistung zu erwarten.
Wenn das Pakettypenfeld 1403 mit dem Bitmuster 1000 ein Netzwerk-ACK-Paket angibt, dann führt die CPU eine Prüfung durch, um zu bestimmen, ob die im Ziel-MNID-Feld 1413 angegebene MNID dieselbe MNID ist, die während der Initialisierung eingestellt wurde. Sind sie gleich, dann löscht die CPU das an der RAM-Position, die der Paketkennung im Paketkennungsfeld 1403 entspricht, gespeicherte Datenpaket 1300. Andernfalls vergleicht die CPU die während der Initialisierung eingestellte MNID mit der RAM-Position, die der ersten MNID in der Paketroute entspricht, die im ersten MNID-Feld 1409 gespeichert ist. Unterscheiden sich die beiden MNIDs, dann war das Netzwerk-ACK-Paket für einen anderen MAN bestimmt, das heißt, die CPU fährt fort, ein anderes eingehendes Paket zu erwarten. Andernfalls, wenn also die MNIDs gleich sind, ist das Netzwerk-ACK-Paket für diesen MAN bestimmt, das heißt, das Paket wird geändert und weitergeleitet. Die CPU entfernt das erste MNID-Feld 1409 aus dem RAM und macht auf diese Weise das MNID-Feld, das auf das erste MNID-Feld folgt, zum neuen ersten MNID-Feld. Auf diese Weise nimmt das Paket, während es das Netzwerk durchquert, in der Größe ab und verbraucht so immer weniger Netzwerkressourcen. Die CPU verschiebt das geänderte Netzwerk-ACK-Paket in ein Register im Sender wie nachfolgend in Bezug auf 20 beschrieben. Das Netzwerk-ACK-Paket bestätigt den ordnungsgemäßen Ende-zu-Ende-Netzwerkempfang eines Datenpakets gegenüber der ursprünglichen Netzwerkquelle des Datenpakets.
Wenn das Pakettypenfeld 1302 ein Bitmuster 1111 enthält, welches ein Datenpaket bezeichnet, führt die CPU (ähnlich wie zuvor beschrieben) eine Überprüfung durch, um festzustellen, ob der Zeitstempel im Zeitstempelfeld 1321 angibt, dass das Paket veraltet (zum Beispiel älter als eine Stunde) ist. Ist das Datenpaket veraltet, dann wird es verworfen, und die CPU fährt fort, neue eingehende Pakete zu erwarten. Ist das Datenpaket nicht veraltet, dann schreibt die CPU es in das RAM. Die CPU erzeugt ein Verbindungs-ACK-Paket 1500 wie nachfolgend beschrieben (siehe 21) und platziert es in einem Register im Sender zur Übertragung. Die CPU vergleicht die im RAM während der Initialisierung gespeicherte MNID mit der Ziel-MNID an der RAM-Position, die dem Ziel-MNID-Feld 1314 entspricht. Sind sie gleich, dann hat das Datenpaket sein endgültiges Ziel erreicht, das heißt, die CPU erstellt ein Netzwerk-ACK-Paket 1400 (siehe 20) wie nachfolgend beschrieben und schreibt das Paket in ein Register im Sender. Die CPU fährt dann fort, neue eingehende Pakete zu erwarten, nachdem das Netzwerk-ACK-Paket übertragen wurde.
Hat das empfangene Datenpaket sein Ziel nicht erreicht, dann muss es geändert und neuübertragen werden (siehe 16). Nachdem das Paket übertragen wurde, initialisiert und startet die CPU einen Zeitgeber für den Countdown für Verbindungs-ACK-Pakete. Außerdem wird ein Zähler für die automatische Neuübertragung initialisiert. Nachdem ein Flag zu ausstehenden Verbindungs-ACK-Paketen auf WAHR gesetzt wurde, fährt der MAN fort, eingehende Pakete zu erwarten.
Es sollte festgehalten werden, dass die zweite Ausführungsform die Nachschlagetabelle und optionale MAN-Kennungen auf die gleiche Weise verwendet wie die oben beschriebene erste Ausführungsform.
K. Datenflusssteuerung am sendeseitigen Ende der zweiten Ausführungsform
18 ist ein Flussdiagramm, welches die Verarbeitung eines Informationspakets 1200 am sendeseitigen Ende der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Die CPU schreibt ein Bitmuster 01111110, welches den Anfang eines neuen Paketes bezeichnet, an die RAM-Position, die dem acht Bit langen Startflagfeld 1201 entspricht. Die CPU schreibt das Bitmuster 0000 an die RAM-Position, welche dem vier Bit langen Pakettypenfeld 1202 entspricht, und gibt so an, dass dies ein Informationspaket ist. Die CPU liest die während der Initialisierung im RAM gespeicherte MNID aus und schreibt sie an die RAM-Position, die dem 96 Bit langen Quell-MNID-Feld 1203 entspricht. Das MNID-Feld enthält die x-, y- und z-Koordinatenfelder 1204, 1205 und 1206 zur Bezeichnung des MAN (wie zuvor beschrieben). Jedes Koordinatenfeld im MNID-Feld ist 32 Bit lang. Die CPU liest den aktuellen Standort aus einem Register in der physischen Standortkennung (PLI) aus und schreibt ihn an die RAM-Position, die den beiden Standortwerten entspricht, wodurch drei kürzlich erstellte PLI-Werte simuliert werden, wenn der MAN initialisiert wird. Wurde der MAN bereits initialisiert, dann liest die CPU die RAM-Position aus, die den drei zuletzt erstellten PLI-Werten entspricht, und bestimmt anhand dieser, ob der MAN sich auf einer bekannten Route (zum Beispiel auf einer Straße, einem Schifffahrtsweg, einem Flugweg oder einer Eisenbahnstrecke) befindet. Bewegt sich der MAN auf einem bekannten Pfad fort, dann schreibt die CPU einen Trajektorietyp, der den bekannten Pfadtyp angibt, an die RAM-Position, die dem vier Bit langen Trajektorievektortypenfeld 1208 entspricht. Andernfalls schreibt die CPU einen Trajektorievektortyp, der den Freiformatspfadtyp bezeichnet, an die RAM-Position, die dem Trajektorievektortypenfeld entspricht. Die Bitmuster für Straße, Schifffahrtsweg, Flugweg, Eisenbahn und freies Format (auch andere Typen können enthalten sein) lauten 1111, 1110, 1101, 1100 bzw. 0000. Die CPU berechnet einen Trajektorievektor für den MAN und schreibt ihn an die RAM-Stelle, die dem Trajektorievektorfeld variabler Länge 1209 entspricht, welches dem bereits angegebenen Trajektorievektortyp entspricht. Die CPU liest die RAM-Position, die dem bei der Initialisierung gespeicherten MAN-Typ entspricht, aus und schreibt sie an die RAM-Position, die dem MAN-Typenfeld 1210 entspricht. Die CPU berechnet den vorausgesagten Signalübertragungsbereich für ein Signal ausreichender Qualität oder Leistung (zum Beispiel Rauschabstand zwischen –5 und 10 dB). Die CPU schreibt den vorausgesagten Signalübertragungsbereich an die RAM-Position, die dem Feld zur Angabe des vorausgesagten Signalübertragungsbereichs 1211 entspricht. Die CPU liest die aktuelle Zeit aus ihrem internen Taktgeber aus und schreibt sie an die RAM-Position, die dem Zeitstempelfeld 1212 entspricht. Die CPU liest die vorhandenen Übertragungs- und Empfangsfrequenzen aus, die während der Initialisierung im RAM gespeichert wurden, und schreibt sie an die RAM-Positionen, die den Feldern zur Angabe der verfügbaren Übertragungs- und Empfangsfrequenzen 1213 bzw. 1214 entsprechen. Die CPU schreibt das Standardbitmuster 01111110 an die RAM-Position, die dem acht Bit langen Endflagfeld 1216 entspricht. Die CPU berechnet die CRC für das Paket unter Verwendung der Nullen im CRC-Feld und schreibt sie dann an die ein Oktett lange RAM-Position, die dem Paket-CRC-Feld 1215 entspricht.
19 ist ein Flussdiagramm, welches die Verarbeitung von Datenpaketen bei der Übertragung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Die CPU schreibt ein Bitmuster 01111110, welches den Anfang eines neuen Paketes bezeichnet, an die RAM-Position, die dem acht Bit langen Startflagfeld 1201 entspricht. Die CPU schreibt das Bitmuster 1111 an die RAM-Position, welche dem vier Bit langen Pakettypfeld 1302 entspricht, und gibt so an, dass dies ein Datenpaket ist. Die CPU liest die während der Initialisierung gespeicherte MNID aus und schreibt sie an die RAM-Position, die dem 96 Bit langen Quell-MNID-Feld 1306 entspricht. Das MNID-Feld enthält die x-, y- und z-Koordinatenfelder 1307, 1308 und 1309 zur Bezeichnung des MAN wie zuvor beschrieben. Die CPU bestimmt, über welchen Anschluss das Paket empfangen wurde (zum Beispiel die RS-232-Schnittstelle, die Ethernetnetzwerkschnittstelle 270, den Signalempfänger 213 oder andere Schnittstellen, sofern vorhanden), um zu bestimmen, ob das Paket von innerhalb des Netzwerks oder von außerhalb des Netzwerks stammt, und bestimmt so, ob der MAN sich am Rande des Netzwerks befindet oder nicht. Die 96 Bit lange Ziel-MNID wird anders bestimmt, wenn das Softwaremodul, welches die Kommunikationsschnittstelle am RS-232-Anschluss bereitstellt, TCP/IP nicht unterstützt. In diesem Fall muss die CPU die Ziel-MNID bei der Benutzeranwendung abrufen. Bei der vorliegenden Erfindung ist dies nicht der Fall, das heißt, die CPU liest die Ziel-MNID von der RAM-Position aus, die dem Ziel-MNID-Feld 1314 des entsprechenden, zuvor gespeicherten Datenpakets 1300 entspricht. Die CPU berechnet den Rest der Paketroute unter Verwendung der gespeicherten Trajektorievektoren 1209 für andere MANs. Die MNIDs der verbleibenden Paketroute werden wie zuvor zur ersten Ausführungsform beschrieben eingetragen. Wie ebenfalls zuvor beschrieben, sind alle MNIDs 96 Bit lang. Anschließend berechnet die CPU die Größe des Paketroutenfeldes 1305 und schreibt sie an die RAM-Position, welche dem Paketroutengrößenfeld 1304 entspricht. Es kann abhängig von der Software, die die Kommunikation mit dem RS-232-Anschluss wie oben referenziert vermittelt, erforderlich sein, Daten von der Benutzeranwendung zu beziehen. Die RS-232-Anschlussschnittstelle der vorliegenden Erfindung unterstützt TCP/IP, das heißt, die CPU liest die RAM-Position, die dem Datenfeld 1319 entspricht, an der RAM-Position aus, die dem zuvor gespeicherten Datenpaket entspricht, und schreibt sie an die RAM-Position, die den Datenfeldern 1319 entspricht. Derselbe Ansatz wird für QOS verfolgt, sofern sie eingesetzt wird. Die CPU berechnet eine eindeutige Paketkennung und schreibt diese an die RAM-Position, die dem Paketkennungsfeld 1319 entspricht. Die CPU berechnet die Größe des Pakets und schreibt sie an die RAM-Position, welche dem Paketgrößenfeld 1303 entspricht. Die CPU liest ihren internen Taktgeber aus und schreibt die aktuelle Zeit an die RAM-Position, die dem Zeitstempelfeld 1321 entspricht. Die CPU schreibt das Standardbitmuster 01111110 an die RAM-Position, die dem acht Bit langen Endflagfeld 1216 entspricht. Die CPU berechnet die CRC für das Paket unter Verwendung der Nullen im CRC-Feld und schreibt sie dann an die ein Oktett lange RAM-Position, die dem Paket-CRC-Feld 1215 entspricht.
20 ist ein Flussdiagramm, welches den Datenfluss am sendeseitigen Ende für Netzwerk-ACK-Pakete veranschaulicht. Die CPU schreibt die Start- und Endflagfelder 1201 und 1216 in das RAM wie zuvor beschrieben. Die CPU schreibt das Bitmuster 1101 an die RAM-Position, die dem Pakettypenfeld 1402 entspricht, wodurch das Paket als Netzwerk-ACK-Paket bezeichnet wird. Die CPU liest die RAM-Position, die der Paketkennung entspricht, aus dem Paketkennungsfeld 1320 des zu bestätigenden Datenpakets aus und schreibt sie an die RAM-Position, die dem Paketkennungsfeld 1403 entspricht. Die CPU berechnet unter Verwendung der gespeicherten Trajektorievektoren anderer MANs eine Paketroute. Die Paketroute ist eine Liste von MNIDs, die den Standort angeben, an dem sich der entsprechende MAN befinden wird, wenn die MANs in gegenseitige Reichweite gelangen. Das abgebildete Paketroutenfeld zeigt die Quell-MNID zuerst, es wird aber erwartet, dass alle Anwendungen der vorliegenden Erfindung die Quell-MNID zuletzt übertragen. Auf diese Weise wird ein relativ früher Empfang der Zielfelder beim Paketempfangsvorgang ermöglicht, das heißt, die CPU des empfangenden MAN kann entscheiden, ob sie das Paket speichern oder seine Verarbeitung sehr schnell beenden soll. Die CPU schreibt die Paketroute an die RAM-Position, die dem Paketroutenfeld wie zuvor beschrieben entspricht. Schließlich berechnet die CPU eine CRC unter Verwendung der Nullen im CRC-Feld und schreibt sie dann an die RAM-Position, die dem CRC-Feld 1215 entspricht.
21 ist ein Flussdiagramm, welches den Datenfluss am sendeseitigen Ende für Verbindungs-ACK-Pakete demonstriert. Die CPU schreibt ein Bitmuster 01111110 an die RAM-Position, die dem acht Bit langen Startflagfeld 1201 entspricht. Die CPU schreibt das Bitmuster 1110 an die RAM-Position, die dem Pakettypenfeld 1502 entspricht. Die CPU liest die Paketkennung aus dem zu bestätigenden Paket im RAM und schreibt sie an die RAM-Position, die dem Paketkennungsfeld 1503 entspricht. Die CPU liest den 96 Bit langen Quell-MNID-Wert in das Quell-MNID-Feld 1306 im RAM ein und schreibt ihn an die RAM-Position, die dem Ziel-MNID-Feld 1508 entspricht. Die CPU liest die RAM-Position, die der bei der Initialisierung gespeicherten MNID entspricht, aus und schreibt sie an die RAM-Position, die dem Quell-MNID-Feld 1504 entspricht. Die CPU schreibt das Bitmuster 01111110 an die RAM-Position, die dem Endflagfeld 1216 entspricht. Schließlich berechnet die CPU die CRC wie zuvor beschrieben und schreibt sie an die RAM-Position, die dem Paket-CRC-Feld 1215 entspricht.
22 ist ein Flussdiagramm, welches den Datenfluss am sendeseitigen Ende für Netzwerk-NAK-Pakete veranschaulicht. Die CPU schreibt die Start- und Endflagfelder 1201 und 1216 wie zuvor beschrieben. Die CPU schreibt das Bitmuster 1101 an die RAM-Position, die dem Pakettypenfeld 1602 entspricht, wodurch das Paket als Netzwerk-NAK-Paket bezeichnet wird. Die CPU liest die Paketkennung aus dem Paketkennungsfeld 1320 des negativ zu bestätigenden Datenpakets aus dem RAM aus und schreibt sie an die RAM-Position, die dem Paketkennungsfeld 1603 entspricht. Die CPU berechnet unter Verwendung der gespeicherten Trajektorievektoren anderer MANs eine Paketroute. Die Paketroute ist eine Liste von MNIDs, die den Standort angeben, an dem sich der entsprechende MAN befinden wird, wenn die MANs in gegenseitige Reichweite gelangen. Das abgebildete Paketroutenfeld zeigt die Quell-MNID zuerst, es wird aber erwartet, dass alle Anwendungen der vorliegenden Erfindung die Quell-MNID zuletzt übertragen. Auf diese Weise wird ein relativ früher Empfang der Zielfelder beim Paketempfangsvorgang ermöglicht, das heißt, die CPU des empfangenden MAN kann entscheiden, ob sie das Paket speichern oder seine Verarbeitung sehr schnell beenden soll. Die CPU schreibt die Paketroute an die RAM-Position, die dem Paketroutenfeld wie zuvor beschrieben entspricht. Schließlich berechnet die CPU die CRC wie zuvor beschrieben und schreibt sie an die RAM-Position, die dem Paket-CRC-Feld 1215 entspricht.
L. Benutzerschnittstelle (Benutzerverbindung zum System)
Die Benutzerschnittstelle ist ein VT100-ASCII-Terminal, auf das über einen Computer zugegriffen wird, der über den RS-232-Anschluss an den MAN angeschlossen ist. Jede Kommunikationssoftware, die zur Kommunikation über eine serielle Standardverbindung geeignet ist (zum Beispiel Procomm), kann für die RS-232-Verbindung verwendet werden. Zusätzlich kann der Benutzer über einen 10BaseT-Anschluss eine Verbindung zur Benutzerschnittstelle herstellen. Diese Möglichkeit ist vorhanden, um einen Fernzugriff auf die Benutzerschnittstelle zu ermöglichen und traditionellen Netzwerkzugang zu einem Netzwerk zu vermitteln, das die vorliegende Erfindung verwendet. Die Benutzerschnittstelle ist ein VT100-ASCII-Terminal, das heißt, ein Benutzer muss eine Telnetverbindung zur Benutzerschnittstelle herstellen, wenn er über den Anschluss auf die Benutzerschnittstelle zugreift.
Schlussfolgerung
Obige Beschreibung legt veranschaulichende Ausführungsformen der Erfindung dar und ist nicht dazu gedacht, den Umfang der Ansprüche zu beschränken. Änderungen und Abweichungen einschließlich Methodologien und Systemen zur Ortung der Knoten, zur Übertragung von Positionsinformationen, die zur Pflege aktueller Positionsinformationen für die Berechnung von Knoten-zu-Knoten-Routen erforderlich sind, Paketstruktur, Übertragungsschemata oder -protokollen, Routenbestimmung und Ähnliches können eine Vielzahl von Ausprägungen annehmen, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. So könnte beispielsweise, statt eine Regionaldatenbank zur Ermittlung der Positionsdaten zu verwenden, die von den Knoten freiwillig übermittelt werden, jeder Knoten die von ihm verwendeten historischen Positionsinformationen speichern und von anderen Knoten oder einem Regionaldatenbankknoten aufgefordert werden, einige oder alle Positionsinformationen zu vermitteln, die er bezüglich anderer Knoten kennt, mit denen er zuvor kommuniziert oder an die er im Auftrag anderer Knoten Netzwerkpakete weitergeleitet hat. Ähnlich könnte ein wandernder Knoten von einem passierenden wandernden oder umherziehenden Knoten aufgefordert werden, den Inhalt seiner Knotenpositionstabelle unabhängig von deren Entwicklung, Datenpflegezustand oder Verifizierung zu übermitteln. Gemeinsame und/oder dedizierte Kommunikationskanäle könnten separat für die Übermittlung von Daten-, Status- oder Steuernachrichten eingesetzt werden. Auch andere Abweichungen können auftreten. So beabsichtigen die Erfinder der vorliegenden Erfindung, alle Variationen und Abweichungen in die anhängenden Ansprüche einzuschließen, die Fachleute ersinnen könnten.

Claims

Autonom arbeitender, wandernder Knoten (200), der mit einem Benutzer wandert, um wandernde Zugangspunkte eines drahtlosen Netzwerks mit einem Vermittlungsschicht-Kommunikationsprotokoll bereitzustellen, wobei der Knoten gekennzeichnet ist durch: Eine Benutzerschnittstelle (260), die geeignet ist, eine Zielkennung und eine Nutzlastnachricht von einem Benutzer zu empfangen, wobei die Zielkennung für einen Zielknoten charakteristisch ist, an den die Nutzlastnachricht gesendet werden soll, eine lokale Kennung (303), die für den wandernden Knoten charakteristisch ist, einen Geopositionsdetektor (PLI 220), der einen momentanen landgestützten Positionsfix des wandernden Knotens ermittelt, wobei der Positionsfix für die Position des Knotens in mindestens zwei Dimensionen charakteristisch ist, eine Datenbank (499), die momentane landgestützte Positionsfixe von Geopositionsdetektoren anderer wandernder Knoten empfängt, einen drahtlosen Sender (201, 202, 203, 204), der geeignet ist, die Nutzlastnachricht an zumindest einen anderen Knoten über besagtes Netzwerk zu senden, einen drahtlosen Empfänger (210, 211, 212, 213), der geeignet ist, eine Nutzlastnachricht von mindestens einem anderen Knoten zu empfangen, der mit dem Netzwerk in Kommunikationsverbindung steht, einen Prozessor (250), der geeignet ist, ein Netzwerkpaket aufzubauen, das den momentanen Positionsfix, eine Quellenkennung, die für die lokale Kennung charakteristisch ist, eine Zielkennung, die für den Zielknoten charakteristisch ist, und die Nutzlastnachricht enthält, und wobei der Prozessor ferner eine Routine enthält, die betrieben werden kann, um landgestützte Positionsfixe der anderen wandernden Knoten aus der Datenbank zu ermitteln, und um die Bestimmung eines Vielfachsprung-Knoten-zu-Knoten-Weges über das Netzwerk von einer Quelle zu einem Ziel auf Basis von Informationen in der Datenbank zu bewirken, wenn der wandernde Knoten als die Quelle arbeitet, um das Abfangen einer Nutzlastnachricht zu bewirken, wenn die Kennung eines empfangenen Netzwerkpakets mit der lokalen Kennung übereinstimmt, und um ansonsten das Weiterleiten des Netzwerkpakets über das Netzwerk zu dem Ziel gemäß in dem Netzwerkpaket enthaltener Informationen zu bewirken.
Wandernder Knoten nach Anspruch 1, bei dem die Zielkennung (307) mindestens eine von einer IP-Adresse, einer Telefonnummer und einer Hardwaregeräteadresse aufweist und die Nutzlastnachricht eine Repräsentation von Daten, Sprachsignalen oder Videoinformationen aufweist.
Wandernder Knoten nach Anspruch 2, der ferner eine Tastatur, eine Zifferntastatur und/oder einen Telefonhörer zum Erzeugen von Repräsentationen von Daten enthält.
Wandernder Knoten nach Anspruch 1, bei dem der Geopositionsdetektor (220) mindestens eins von einem GPS-Empfänger, einem Triangulationssystem, einem Satellitennavigationssystem und einer manuellen Positionseingabe zum Erzeugen der momentanen Position aufweist.
Wandernder Knoten nach Anspruch 4, bei dem der Geopositionsdetektor (220) eine Repräsentation einer landgestützten Position erzeugt, die gemäß einem von einem kartesischen Koordinatensystem und einem Polarbezugssystem bestimmt wird.
Wandernder Knoten nach Anspruch 1, bei dem der Sender (201, 202, 203, 204) mehrere Modi aufweist, indem er mehrere Betriebsarten gemäß Betriebsfrequenzspektrum, spektraler Bandbreite, Datenrate, Dichte von wandernden Knoten in einem gegebenen Gebiet, terrestrischer Position und/oder Luftschnittstellenprotokollen hat.
Wandernder Knoten nach Anspruch 6, bei dem der Prozessor (250) die Auswahl von einer der mehreren Betriebsarten des Senders auf Basis der Position des Knotens in Bezug auf andere Knoten, der Nähe des wandernden Knotens zu einem anderen Knoten und/oder der Besetzungsdichte der Knoten in dem Netzwerk bewirkt.
Wandernder Knoten nach Anspruch 4, bei dem der Prozessor (250) einen Weg von einer Quelle zu einem Ziel bestimmt, indem er eine Route zwischen diesen liegender Zwischenknoten auf Basis momentaner Positionsfixe berechnet, die für die Positionen der Zwischenknoten charakteristisch sind.
Wandernder Knoten nach Anspruch 8, bei dem mehrere wandernde Knoten (200) in dem Netzwerk periodisch Positionsinformationen (303) aussenden, die für eine Position charakteristisch sind, wobei die Positionsinformationen in dem gesamten Netzwerk zur Speicherung in einem lokalen Speicher (499) von jedem der wandernden Knoten verbreitet werden, und der Prozessor (250) den lokalen Speicher zum Erhalten von Informationen zu Rate zieht, um die jeweiligen Positionen von Zwischenknoten zwischen der Quelle und dem Ziel zu ermitteln.
Wandernder Knoten nach Anspruch 8, bei dem der Prozessor (250) den Weg zu dem Ziel gemäß einer erwarteten Position auf Basis von Geschwindigkeit, Bewegungsrichtung und/oder Gelände in der Umgebung des Zielknotens bestimmt.
Wandernder Knoten nach Anspruch 4, bei dem der Prozessor (250) eine Rücksendung eines Bestätigungspakets an einen sendenden Knoten während einer Zwischenknotenkommunikation bewirkt.
Wandernder Knoten nach Anspruch 1, bei dem der Prozessor (250) ein Kommunikationsprotokoll einer niedrigeren Schicht einsetzt, das Segmentierung oder Kapselung enthält, um eine transparente Knoten-zu-Knoten-Übertragung von Informationspaketen an Knoten zu bewirken, die ein Kommunikationsprotokoll einer höheren Schicht verwirklichen.
Wandernder Knoten nach Anspruch 1, bei dem der Prozessor (250) eine Übertragung von Unicast-, Multicast- oder Broadcastinformationen an einen oder mehrere Knoten in dem Netzwerk bewirkt.
Verfahren zum Bereitstellen einer drahtlosen Kommunikation in einem Netzwerk mit verteiltem Zugang, das ein Netzwerkschicht-Kommunikationsprotokoll vorsieht, wobei das Verfahren durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist: Bereitstellen mehrerer wandernder Zugangsknoten, um ein Gebiet eines gewünschten Kommunikationsdienstes zu besetzen, Bereitstellen einer Benutzereingabe (260) an jedem der mehreren wandernden Zugangsknoten, Bereitstellen eines Geopositionsdetektors (PLI 220) an jedem der mehreren wandernden Zugangsknoten, Ausstatten von jedem der Knoten mit einer Datenbank (499) von momentanen landgestützten Positionsfixen der mehreren wandernden Zugangsknoten in dem Gebiet, Senden (204) der Positionsfixe der wandernden Zugangsknoten in dem Gebiet, wobei die Datenbank von jedem der Knoten die Positionsfixe empfängt und die Positionsfixe in der Datenbank des Knotens speichert (710), Zugreifen auf die Datenbank (CPU 250, BUS 230, 240), um eine Knoten-zu-Knoten-Route über das Netzwerk zwischen einem wandernden Quellenzugangsknoten und einem wandernden Zielzugangsknoten zu bestimmen, Einleiten einer Übertragung von Daten (730) zwischen dem wandernden Quellenzugangsknoten und dem wandernden Zielzugangsknoten, Übertragen der Daten von dem wandernden Quellenzugangsknoten an den wandernden Zielzugangsknoten über das Netzwerk durch Weiterleiten (721, 722) der Daten zwischen oder unter den wandernden Zugangsknoten, die in dem Zugriffsschritt ermittelt wurden, und Empfangen (712) der Daten an dem wandernden Zielzugangsknoten.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die wandernden Quellen- und Zielknoten jeweilige Sender enthalten, die elektromagnetische Signale aussenden, die für Netzwerkpakete charakteristisch sind, und wobei das Verfahren ferner das Ändern von Sendeeigenschaften des Senders (724, 725, 726, 727, 728; 730, 731; 740, 741, 742) gemäß der Besetzungsdichte der Knoten, der gewünschten Datenübertragungsrate, der Signalstärke, der Bitfehlerrate, der Umgebung von Zwischenzugangsknoten, dem Gelände, der terrestrischen Position oder dem Zwischenknotenabstand enthält.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der Zugriffsschritt das Bestimmen einer Knoten-zu-Knoten-Netzwerkschichtroute über das Netzwerk (13) zwischen einem wandernden Quellenzugangsknoten und einem wandernden Zielzugangsknoten enthält.
Verfahren nach Anspruch 16, das ferner das Einsetzen eines Kommunikationsprotokolls einer niedrigeren Schicht, das Segmentierung oder Kapselung enthält, aufweist, um eine transparente Knoten-zu-Knoten-Übertragung von Informationspaketen an Knoten zu bewirken, die ein Kommunikationsprotokoll einer höheren Schicht verwirklichen.
Verfahren nach Anspruch 16, das ferner das Rücksenden eines Bestätigungspakets (723) an einen wandernden Quellenzugangsknoten während einer Zwischenknotenkommunikation aufweist.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem der Zugriffsschritt ferner den Weg zu dem wandernden Zielzugangsknoten gemäß einer erwarteten Position auf Basis von Geschwindigkeit, Bewegungsrichtung und/oder Gelände in der Umgebung des wandernden Zielzugangsknotens bestimmt.