DE60030751T2

DE60030751T2 - Verfahren und vorrichtung zur koordinierung des zugriffs auf gemeinsam genutzte paralele datenkanäle

Info

Publication number: DE60030751T2
Application number: DE60030751T
Authority: DE
Inventors: A. Eric Fort Wayne WHITEHILL; Tim Fort Wayne DEMPSEY
Original assignee: ITT Manufacturing Enterprises LLC
Current assignee: Exelis Inc
Priority date: 1999-11-03
Filing date: 2000-11-03
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2020-11-04
Also published as: DE60030751D1; CA2390529A1; US6404756B1; KR20020059674A; AU1583701A; KR100669130B1; WO2001033770A2; EP1228603B1; EP1228603A2; WO2001033770A3; CA2390529C; ATE339823T1; JP2003513591A

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht eine Priorität von der provisorischen US-Patentanmeldung Serien-Nr. 60/163,257 mit dem Titel „Mehrkanal-trägerempfindlicher Mehrfachzugriff mit verbesserter Kollisionsvermeidung" bzw. „Multichannel Carrier Sense Multiple Access with Enhanced Collision Avoidance", eingereicht am 3. November 1999.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen zum Koordinieren von Kanalzugriff auf geteilte Kommunikationsressourcen, und insbesondere auf Techniken, um es einer Gruppe von Netzwerkknoten zu gestatten, Kanalzugriff auf mehrere parallele Datenkanäle zu koordinieren, wodurch eine effiziente und rechtzeitige Übertragung von Audio-, Video- und Dateninformation unter den Knoten gestattet wird.
Beschreibung der verwandten Technik
Carrier Sense Multiple Access mit Collision Avoidance (CSMA/CA) bzw. trägerempfindlicher Mehrfachzugriff mit Kollisionsvermeidung ist ein gut bekanntes Protokoll, das in dem IEEE802.11 Standard für drahtlose Local Area Networks (LANs) bzw. drahtlose lokale Netzwerke spezifiziert ist. Dieses Protokoll spezifiziert zwei Verfahren zum Steuern von Zugriff auf einen einzelnen bzw. einzigen Kanal, der unter einer Gruppe von Anwendern geteilt wird. Ein Verfahren ist die Punktkoordinierungsfunktion, wobei Kanalzugriff durch einen Zentralpunkt unter Verwendung eines Poll-Response- bzw. Anforderung-Ansprechen-Mechanismus gesteuert wird. Das andere Verfahren, CSMA/CA, involviert einen anfänglichen Handshake bzw. „Handeschütteln" einer Request-to-Send (RTS) bzw. Anforderung-zu-Senden-Nachricht gefolgt von einer Clear-to-Send (CTS) bzw. Klar-zum-Senden-Nachricht, die zwischen einem Quellknoten (z.B. einer Funkeinrichtung) und einem Zielknoten vor dem Senden einer Informationsnachricht (z.B. einer Nachricht, die Audio-, Video- oder Dateninformation enthält) ausgetauscht werden. Der Quellknoten überträgt eine RTS-Nachricht an den beabsichtigten Zielknoten. Falls der beabsichtigte Zielknoten die Nachricht zu empfangen wünscht und glaubt, dass der Kanal verfügbar (d.h. frei von anderem Verkehr) ist, antwortet der Zielknoten mit einer CTS-Nachricht. Der Empfang der CTS-Nachricht durch den Quellknoten erlaubt die Übertragung der Informationsnachricht bzw. -message (MSG), die typischerweise von einer Bestätigungs- bzw. Acknowledgment- (ACK) Nachricht von dem Ziel knoten gefolgt wird, wenn der Empfang der Informationsnachricht erfolgreich ist. Alle anderen Knoten innerhalb der Reichweite der CTS-Nachricht markieren den Kanal als für die Dauer der Nachrichtenübertragung belegt. Vorausgesetzt, dass alle Knoten jede CTS-Nachricht empfangen, arbeitet das Protokoll gut.
Der Durchfluss eines LAN hängt von der gesamten verfügbaren Bandbreite ab. In dem Fall des IEEE802.11 Standards teilen sich alle Anwender innerhalb eines Basic Service Set (BSS) bzw. Basisdienstsatzes eine einzelne Ressource (gegenwärtig 1, 2, 5 oder 11 Mbps). Das Protokoll definiert mehrfache Frequenzen, aber der Zweck dieser Frequenzen besteht darin, Gruppen von Anwendern voneinander zu trennen, anstelle die Verwendung von mehrfachen Kanälen für einen erhöhten Durchfluss und verringerten Stau zu fördern. Das IEEE802.11 Protokoll ist nicht fähig, die Allokationen bzw. Zuordnungen von mehrfachen Datenkanälen innerhalb eines geographischen Gebiets zu managen.
Aufgrund der beschränkten verfügbaren Bandbreite besitzen Systeme, die unter dem IEEE802.11 Standard arbeiten, eine begrenzte Fähigkeit Audio, Video und Daten hoher Qualität zwischen vielen Anwendern in einem kleinen Gebiet zu liefern. Dieses Problem ist besonders gravierend bei Audio- (z.B. Sprach-) und Videoinformation, die innerhalb weniger Zehnern von Millisekunden geliefert werden müssen, um bemerkbare Verzögerungen beim Empfang zu vermeiden. Falls Audio- und Videonachrichten um denselben Datenkanal mit relativ langen Datennachrichten konkurrieren, wird es schnell undurchführbar, zuverlässig Audio- und Videonachrichten mit akzeptablen Verzögerungen auf einem einzelnen geteilten Kanal zu übertragen.
Diese Beschränkungen könnten potenziell überwunden werden, indem mehrfache Datenkanäle unter einer Gruppe von Anwendern geteilt werden. Mehrfache Datenkanäle können die Lieferung von Audio, Video und Daten hoher Qualität unter vielen Anwendern in einem kleinen Gebiet gestatten. Jedoch macht die Allokation bzw. Zuordnung von mehrfachen Datenkanälen unter mehreren Anwendern notwendigerweise das Koordinieren der Verwendung der Kanäle erforderlich, so dass „schwergewichtige" Anwender (z.B. Anwender, die große Datendateien übertragen) nicht den Kanalzugriff für Audio und Video innerhalb der beschränkten Zeitzuordnungen, die für eine Lieferung in Echtzeit erforderlich sind, blockieren bzw. sperren. Ferner wäre es für jeden Knoten notwendig, Kanalverfügbarkeit zu beurteilen und zuverlässig Requests bzw. Anforderungen für Zugriffe oder Veränderungen in der Verfügbarkeit an andere Knoten zu kommunizieren, ohne das System über Gebühr zu belasten. Demzufolge existiert eine Notwendigkeit für ein System, dass fähig ist, wirksam Kanalzugriff auf mehrfache geteilte parallele Datenkanäle zu koordinieren, um eine rechtzeitige und effiziente Lieferung von Audio-, Video- und Dateninformation hoher Qualität unter einer Gruppe von Anwender in einem Netzwerk zu gestatten.
In Bezug auf den Stand der Technik wird auf das US-Patent 4,736,371 mit dem Titel „Satellitenkommunikationssystem mit zufälligem mehrfachem Zugriff und Zeitschlitzreservierung" bzw. „SATELLITE COMMUNICATIONS SYSTEM WITH RANDOM MULTIPLE ACCESS AND TIME SLOT RESERVATION" aufmerksam gemacht. Aus dieser Druckschrift ist ein Time Division Multiple Access- bzw. Zeiteinteilungsmehrfachzugriff-Datenkommunikationssystem bekannt, in welchem eine Vielzahl von Stationen, die einen geschlitzten Kommunikationskanal, durch den Nachrichtensignale übertragen werden, teilen. Um die Effekte von Kollisionen in diesem geschlitzten ALOHA-System zu verringern, wurde ein Schlitzreservierungsschema vorgeschlagen. Bei diesem System wird der Kanal in Frames bzw. Rahmen eingeteilt bzw. partitioniert, wobei jeder einen Reservierungsschlitz zum Übertragen eines Reservierungspakets und Datenschlitze zum Übertragen von Datenpaketen enthält. Jede Station überträgt bzw. sendet ein Reservierungspaket auf einer zufälligen Zugriffsbasis, wobei Schlitze angefordert werden, und zwar so viele wie für zu sendende Datenpakete erforderlich sind. Falls der Anforderung stattgegeben wird, werden Datenschlitze eines darauffolgenden Frames bzw. Rahmens der anfordernden Station zugeordnet bzw. zugewiesen, die ihrerseits Datenpakete zu den zugeordneten Schlitzen überträgt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Deshalb, im Licht des Obigen und aus anderen Gründen, die offenbar werden, wenn die Erfindung vollständig beschrieben ist, besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung darin, einen erhöhten Durchfluss für Nachrichtenverkehr in einem Netzwerk von Knoten vorzusehen, indem mehrfache parallele Datenkanäle, die unter den Knoten geteilt werden, verwendet werden.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, unter einer Gruppe von Knoten Kanalzugriff auf mehrfache parallele Datenkanäle zu koordinieren, indem die Fähigkeit in jedem Knoten, kontinuierlich Information bezüglich des Status jedes Kommunikationskanals und jedes Nachbarknotens zu sammeln, vorgesehen wird.
Ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Kollisionsvermeidung zwischen Nachrichten vorzusehen, die zwischen Knoten eines Netzwerks über geteilte Kommunikationsressourcen übertragen werden.
Ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, den Einfluss von übertragenden Nachrichten niedrigerer Priorität auf die Lieferung von Nachrichten höherer Priorität, die auf einer geteilten Kommunikationsressource übertragen werden, zu minimieren.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, jedem Knoten in einem Netzwerk zu gestatten, kontinuierlich Kanalzugriffsanforderungen bzw. -requests zu überwachen, die zwischen Knoten übertragen werden, um sicherzustellen, dass jeder Knoten den Status seines Nachbarknotens und die Kanalverfügbarkeit kennt.
Ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, zu gestatten, dass Informationsnachrichten variierender Prioritäten über eine geteilte Kommunikationsressource übertragen werden, während eine minimale Zeitverzögerung für zeitsensitive Hochprioritätsinformation, wie z.B. Audio und Video, sichergestellt wird.
Ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, das Senden von Nachrichten an Nachbarknoten des Netzwerks mit minimalem Einfluss auf anderen Nachrichtenverkehr zu gestatten.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Konflikt zwischen Nachrichten, die über eine geteilte Kommunikationsressource übertragen werden, zu vermeiden, indem das Timing bzw. die Zeitsteuerung der Nachrichtübertragungsversuche auf eine priorisierte Art und Weise gesteuert wird, um dadurch Übertragungsverzögerungen für zeitempfindliche Nachrichten zu vermeiden.
Es ist ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Feedback bzw. Rückkopplung zu einem Netzwerkknoten vorzusehen, der unerfolgreich versucht hat, Nachrichten zu einem anderen Knoten zu übertragen, um die Wahrscheinlichkeit des erfolgreichen erneuten Übertragens der Nachricht zu erhöhen.
Die zuvor genannten Ziele werden einzeln und in Kombination erreicht und es ist nicht beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung dahingehend ausgelegt wird, dass zwei oder mehr der Ziele kombiniert werden müssen, es sei denn dies wird explizit durch die hieran angefügten Patentansprüche erforderlich gemacht.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen in einem Netzwerk arbeitenden Kommunikationsknoten wie er in Patentanspruch 1 definiert ist. Ferner bezieht sich die vor liegende Erfindung auf ein Kommunikationsnetzwerk wie es in Patentanspruch 5 definiert ist. Noch weiter bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Koordinieren von Kanalzugriff wie es in Patentanspruch 9 definiert ist.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen offenbart.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kommuniziert ein Netzwerk von Knoten unter Verwendung von mehrfachen geteilten parallelen Datenkanälen und einem separaten Reservierungskanal. Der Reservierungskanal sieht einen Mechanismus vor, um den Zugriff auf die Datenkanäle unter den Knoten auf eine Art zu koordinieren, die das Vermeiden von Nachrichtverkehrkollisionen verbessert. Zugriff auf die Datenkanäle wird unter den Knoten koordiniert, indem Nachrichtrequests bzw. -anforderungen und entsprechende Antworten auf dem separaten bzw. gesonderten Reservierungskanal kommuniziert werden. Jeder Knoten weist ein primäres Modem (Sendeempfänger) und ein sekundäres Modem (was nur ein Empfänger sein kann) auf, was jedem Knoten gestattet, kontinuierlich den Reservierungskanal zu überwachen, sogar wenn eine Nachricht auf einem der Datenkanäle gesendet oder empfangen wird. Falls das primäre Modem eines Knotens nicht mit einer Nachrichtübertragung beschäftigt ist, wird der sekundäre Empfänger deaktiviert und das primäre Modem überwacht den Reservierungskanal um den Status jedes Nachbarknotens und die Verfügbarkeit jedes Datenkanals zu verfolgen. Falls das primäre Modem in eine Nachrichtenübertragung involviert wird bzw. damit beschäftigt wird, wird der sekundäre Empfänger aktiviert und überwacht den Reservierungskanal auf dieselbe Art und Weise. Die Verwendung des sekundären Empfängers verhindert den Verlust von Reservierungsinformation, der auftreten würde, falls nur ein einzelner Empfänger sowohl für Kanalreservierungen als auch Datenübertragungen verwendet werden würde, wie es der Fall bei konventionellen Schemata ist. Durch Übertragen von Requests bzw. Anforderungen für Kanalzugriff auf einem separaten bzw. gesonderten Reservierungskanal und Widmen bzw. Dedizieren von einem der zwei Empfänger derartiger Requests bzw. Anforderungen zu überwachen und darauf zu antworten, kann die Übertragung von Informationsnachrichten auf den mehrfachen parallelen Datenkanälen unter den Knoten koordiniert werden, Kollisionen zwischen Request- bzw. Anforderungsnachrichten und Informationsnachrichten eliminiert werden und Kollisionen zwischen den kurzen Request- bzw. An forderungsnachrichten, die auf dem Reservierungskanal übertragen werden, werden dramatisch reduziert.
Die koordinierte Verwendung von mehrfachen parallelen Datenkanälen gestattet die Lieferung von Audio, Video und Daten hoher Qualität zwischen vielen Anwendern in einem kleinen Gebiet. Mit mehrfachen Datenkanälen blockiert die langwierige Übertragung einer großen Datei auf einem Kanal nicht den Zugriff auf andere Kanäle innerhalb der begrenzten Zeitzuweisungen bzw. -allokationen von Echtzeitdienstleistungen, wie z.B. der Lieferung von Audio und Video. Die vorliegende Erfindung gestattet vielen Anwendern Sprachnachrichten hoher Qualität auszutauschen, bei denen eine Sprachprobe innerhalb weniger Zehner von Millisekunden geliefert werden muss, während gleichzeitig die schnelle Übertragung einer Datendatei zwischen anderen Anwendern gestattet wird.
Durch Verwenden eines separaten Reservierungskanals, um Zugriff auf die Datenkanäle anzufordern und zu bestätigen, wird die Wahrscheinlichkeit von Kollisionen auf sowohl dem Reservierungskanal als auch den Datenkanälen dramatisch verringert. Weil jeder Knoten kontinuierlich den Reservierungskanal überwacht, verlieren Knoten, die in eine Datenübertragung involviert sind, nicht irgendeine Information bezüglich paralleler Datenübertragungen, die nach dem aktuellen Ereignis gestartet wurden. Unter Zugrundelegung dieses universellen Wissens sind Knoten, die auf den Reservierungskanal zurückkehren, fähig, eine intelligentere Entscheidung im Hinblick auf den Kanal zu treffen, der für sukzessive bzw. darauffolgende Datenübertragungen ausgewählt wird. Dieser Vorteil der vorliegenden Erfindung ist besonders kritisch für die zuverlässige und rechtzeitige Lieferung von Echtzeitverkehr, wie z.B. Voice over the Internet Protocol bzw. Sprache über das Internet Protokoll bzw. Internettelephonie auf einem drahtlosen LAN.
Falls notwendig kann der sekundäre Empfänger jedes Knotens temporär bzw. zeitweise auf einen Datenkanal eingestellt bzw. getunt werden, um eine Sendungsnachricht zu empfangen, während das primäre Modem gleichzeitig mit einem Nachrichtentransfer bzw. -übertragung mit einem anderen Knoten beschäftigt ist. Da gültige Kanalzugriffsrequests bzw. -anforderungen nicht im Allgemeinen während einer Sendungsnachricht bzw. Sendenachricht übertragen werden, bringt diese temporäre Neueinstellen bzw. Neutunen des sekundären Modems nahezu keine Strafe bzw. Nachteile mit sich, und zwar im Hinblick auf möglichen Verlust von Kanalzugriffsinformation.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung werden Kanalzugriffsrequests bzw. -anforderungen gescheduled bzw. organisiert bzw. geplant unter Verwendung eines Konfliktintervallschemas, das strukturiert ist, um sicherzustellen, dass Hochprioritätsnachrichten und Sprachverkehr vor routinemäßigen Dateiübertragungen gehandhabt werden. Das Konfliktintervall wird durch Zeitsteuerungsschlitze einer Dauer, die größer als die kombinierte Zeit ist, um ein RTS und CTS zu übertragen, erzeugt. Knoten, die versuchen Sprachnachrichten zu übertragen, wählen einen Schlitz in der Nähe des Anfangs des Konfliktintervalls und Knoten, die versuchen Datennachrichten zu übertragen, wählen einen Schlitz in der Nähe dem Ende. Die zufällige Natur der Schlitzauswahl stellt einen extrem schnellen Kanalzugriff und eine hohe Kanaleffizienz auf Kosten einer minimalen Anzahl von Kollisionen sicher.
Die vorliegende Erfindung weist ebenfalls einen verbesserten Feedback- bzw. Rückkopplungsmechanismus vor, der für einen Quellknoten wichtige Information vorsieht, in Bezug darauf, warum ein bestimmter Nachrichtsversuch fehlgeschlagen ist, wodurch die Wahrscheinlichkeit des erfolgreichen erneuten Übertragens einer Informationsnachricht oder eines Kanalzugriffrequests bzw. -anforderung erhöht bzw. verbessert wird. Eine negative Clear-to-Send- bzw. Klar-zum-Senden-Nachricht informiert einen Quellknoten über unzureichende Kanalqualität oder Nachrichtspriorität und verweigert wirksam dem Quellknoten Kanalzugriff. Eine negative Bestätigungsnachricht bzw. Acknowledge-Nachricht informiert den Quellknoten, dass die von dem Zielknoten empfangene Informationsnachricht Bitfehler enthält, was eine erneute Übertragung der Nachricht erforderlich macht.
Die obigen und noch weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden auf eine Betrachtung der folgenden Definitionen, Beschreibungen und beschreibenden Figuren von spezifischen Ausführungsbeispielen davon offenbar werden, wobei ähnliche Bezugszeichen in den unterschiedlichen Figuren verwendet werden, um ähnliche Komponenten zu bezeichnen. Während diese Beschreibungen in spezifische Details der Erfindung gehen, sollte verstanden werden, dass Variationen existieren können und tatsächlich existieren und für Fachleute auf der Grundlage der hier enthaltenen Beschreibungen offenbar werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein funktionales Blockdiagramm, das ein herkömmliches Netzwerk von Knoten darstellt, die über einen einzelnen geteilten Kanal kommunizieren.
2 ist ein Funktionsblockdiagramm, das ein Netzwerk von Knoten darstellt, die über eine Vielzahl von parallelen Datenkanälen und einem Reservierungskanal kommunizieren, gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
3a ist eine zeitliche Abfolge bzw. Zeitdiagramm von Nachrichtereignissen, die auf dem herkömmlichen einzelnen geteilten Kanal der 1 auftreten.
3b ist eine zeitliche Abfolge bzw. Zeitdiagramm von Nachrichtereignissen, die auf dem Reservierungskanal und den parallelen Datenkanälen der 2 gemäß der vorliegenden Erfindung auftreten.
4 ist ein Zustandsdiagramm, welches die Kanalzugriffszustandsmaschine bzw. -State Machine des primären Modems eine Knotens gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
5 ist ein Zustandsdiagramm, das die Kanalzugriffszustandsmaschine bzw. -State Machine des sekundären Empfängers eines Knotens gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
6 ist ein Balkendiagramm, das die verbesserte RTS Vollendungsrate darstellt, die von der verbesserten Kollisionsvermeidung resultiert, die von dem Reservierungskanal der vorliegenden Erfindung vorgesehen wird.
7 ist ein Balkendiagramm, das die verbesserte CTS Vollendungsrate darstellt, die von der verbesserten Kollisionsvermeidung resultiert, die durch den Reservierungskanal der vorliegenden Erfindung vorgesehen wird.
8 ist ein Balkendiagramm, das die verbesserte Nachrichtvollendungsrate darstellt, die von der verbesserten Kollisionsvermeidung resultiert, die durch den Reservierungskanal der vorliegenden Erfindung vorgesehen wird.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Gemäß der vorliegenden Erfindung kommuniziert ein Netzwerk von Knoten unter Verwendung von mehrfachen geteilten parallelen Datenkanälen und einem separaten Reservierungskanal. Ein erhöhter Durchfluss wird durch Übertragen von Nachrichten über mehr- bzw. vielfache parallele Datenkanäle erreicht. Jedoch kann eine effiziente Verwendung der mehrfachen Datenkanäle nicht ohne einen Mechanismus realisiert werden, um Allokation bzw. Zuweisung von Kanalzugriff unter den Knoten in dem Netzwerk zu koordinieren und Nachrichtenkollisionen zu minimieren. Die vorliegende Erfindung sieht diese Fähigkeiten vor, indem ein Kanal zur Verwendung als der Reservierungskanal gewidmet wird und Kanalzugriff auf den mehrfachen Datenkanälen in einer verteilten Weise zugewiesen wird. Zugriff auf die Datenkanäle wird unter den Knoten koordiniert, indem Kommunikationsnachrichtrequests bzw. -anforderungen und entsprechende Antworten auf dem separaten Reservierungskanal kommuniziert werden.
Jeder Knoten weist einen primären Empfänger und einen sekundären Empfänger auf, was jedem Knoten gestattet, kontinuierlich den Reservierungskanal zu überwachen, sogar wenn eine Nachricht auf einem der Datenkanäle gesendet oder empfangen wird. Während der Reservierungskanal überwacht wird, speichern die Knoten die Kanalreservierungen, die erreicht wurden und vermeiden die Verwendung von diesen Kanälen bis die Reservierungen ablaufen. Die Widmung des zweiten Empfängers überwindet das bei der Verwendung eines einzelnen Empfängers für sowohl die Reservierung als auch die Datenübertragungsmechanismen verlorene Reservierungswissen, was eine ernsthafte Beschränkung der herkömmlichen CSMA/CA Schemata ist.
Durch Übertragen von Requests bzw. Anforderungen für Kanalzugriff auf einem separaten bzw. gesonderten Reservierungskanal und Widmen bzw. Dedizieren eines Empfängers für das Empfangen und Antworten auf derartige Requests bzw. Anforderungen kann die Übertragung von Informationsnachrichten auf den mehrfachen parallelen Datenkanälen unter den Knoten koordiniert werden, Kollisionen zwischen Request- bzw. Anforderungsnachrichten und Informationsnachrichten werden eliminiert und Kollisionen zwischen den kurzen Request- bzw. Anforderungsnachrichten, die auf dem Reservierungskanal übertragen werden, werden dramatisch verringert.
Der Ausdruck Knoten, wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf eine Kommunikationseinrichtung, die in einem Netzwerk von Kommunikationseinrichtungen arbeitet. Der Knoten kann eine mobile Kommunikationseinrichtung, wie z.B. eine Funkeinrichtung oder ein drahtloses Telefon sein, oder der Knoten kann stationär oder an einer bestimmten Stelle fixiert sein. Der Ausdruck Kanal, wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf einen Kommunikationspfad zwischen Knoten und unterschiedliche bzw. verschiedene Kanäle können auf separaten bzw. gesonderten Kommunikationsmedien oder einem gemeinsamen Kommunikationsmedium existieren, wobei einzelne Kanäle durch irgendwelche geeigneten Mittel, wie z.B. Zeit, Frequenz oder Kodierung getrennt sind.
Ein konzeptioneller Unterschied zwischen einem Netzwerk von Knoten die einen einzelnen Kanal teilen (z.B. CSMA/CA unter dem IEEE802.11 Standard) und der Reservierungs-/Mehr-Kanal-Konfiguration der vorliegenden Erfindung kann einem Vergleich der 1 mit 2 und der 3a mit 3b entnommen werden. In 1 kommunizieren Knoten A, B, C und D eines Netzwerks miteinander über einen einzelnen geteilten Kommunikationskanal, auf den durch irgendeinen der Knoten zugegriffen werden kann. Jeder dieser Knoten weist ein einzelnes Modem mit einem einzelnen Sender und Empfänger auf.
In 2 können die Knoten A', B', C' und D' über mehrfache Datenkanäle sowie einen Reservierungskanal gemäß der vorliegenden Erfindung kommunizieren. Aus Bequemlichkeit und zur Erleichterung des Erläuterns sind die in den 1 und 2 gezeigten Kommunikationskanäle als mit einer Bus-artigen Architektur dargestellt. Jedoch wird verstanden werden, dass diese Kanäle nicht auf irgendeine besondere Architektur oder Konfiguration bzw. Aufbau beschränkt sind, solange wie jeder Knoten die Fähigkeit besitzt, auf die Kanäle zuzugreifen. Die Kanäle können über irgendein Kommunikationsmedium, z.B. Draht, optische Faser oder drahtlos (über-die-Luft), existieren und können irgendein geeignetes Übertragungs- bzw. Sendeprotokoll verwenden. Somit können beispielsweise die Knoten, welche in 1 gezeigt sind, Knoten eines drahtlosen LAN sein, die über einen einzelnen Kanal unter Verwendung des IEEE802.11 CSMA/CA-Protokolls kommunizieren.
Unter Bezugnahme auf 3a, wenn der Knoten A der 1 wünscht eine Nachricht bzw. Botschaft an den Knoten B zu übertragen bzw. zu senden, überträgt der Knoten A zuerst eine Anfrage-zum-Senden- bzw. Request-to-Send- (RTS) Nachricht an den Knoten B, um den Knoten B und andere Knoten von seiner Absicht zu unterrichten bzw. zu notifizieren, den Kanal zu reservieren. Auf das Empfangen der RTS-Nachricht hin, falls keine anderen Knoten früher Zugriff bzw. Zugang auf den Kanal angefragt bzw. angefordert haben (was der Knoten B deshalb wüsste, weil er ein RTS von einem anderen Knoten auf dem Kanal empfangen hätte), wird der Knoten B an den Knoten A mit einer Klar-zum-Senden- bzw. Clear-to-Send- (CTS) Nachricht antworten, welche anzeigt, dass der Knoten A freigegeben ist, um die Informationsnachricht auf dem Kanal zu übertragen. Auf das Empfangen der CTS-Nachricht hin überträgt dann der Knoten A die Informationsnachricht an den Knoten B. Während die Informationsnachricht übertragen wird, können keine anderen Knoten den Kanal verwenden. Man nehme z.B. an, dass der Knoten C wünscht eine Sprachnachricht an den Knoten D zu übertragen. Der Knoten C muss warten bis nachdem die Informationsnachricht vom Knoten A zum Knoten B vollendet ist, bevor er eine RTS-Nachricht an den Knoten D senden kann, welche Zugriff auf den Kanal anfordert. Nur nachdem der Knoten D an den Knoten C mit einer CTS-Nachricht geantwortet hat, kann die Sprachnachricht übertragen werden. Falls der Knoten A eine relativ lange Datennachricht an den Knoten B überträgt, kann die Verzögerung beim Übertragen der Sprachnachricht vom Knoten C zum Knoten D unerträglich lange sein.
Der Kanalzugriff gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 3b dargestellt. Wenn der Knoten A' aus 2 wünscht, eine Nachricht zum Knoten B' zu übertragen, überträgt der Knoten A' eine Anfrage-zum-Senden- bzw. Request-to-Send- (RTS) Nachricht an den Knoten B', um den Knoten B' und andere Knoten von seiner Absicht zu notifizieren, einen der verfügbaren Datenkanäle zu reservieren. Die RTS-Nachricht wird vom Knoten A' auf dem Reservierungskanal übertragen. Jeder der Knoten weist ein primäres Modem und ein sekundäres Modem auf. Das primäre Modem ist im Wesentlichen ein Sendeempfänger, der sowohl für die Übertragung und den Empfang von Signalen verwendet wird. Das sekundäre Modem weist ebenfalls einen Empfänger auf, der als ein sekundärer Empfänger dient. Wie in größerer Einzelheit im Folgenden erläutert wird, wenn ein Knoten nicht mit der Übertragung oder dem Empfang von Nachrichten auf einem der Datenkanäle beschäftigt ist, wird der sekundäre Empfänger nicht verwendet und der Empfänger des primären Modems wird auf den Reservierungskanal eingestellt bzw. getunt bzw. abgestimmt. Wenn ein Knoten mit der Übertragung oder dem Empfang von Nachrichten auf einem der Datenkanäle beschäftigt ist, ist der primäre Empfänger auf diesen Datenkanal eingestellt bzw. getunt, während der sekundäre Empfänger aktiviert ist und auf den Reservierungskanal eingestellt bzw. getunt ist. Folglich überwacht jeder Knoten kontinuierlich den Reservierungskanal mit einem seiner zwei Empfänger.
Unter erneuter Bezugnahme auf 3b, auf den Empfang des RTS vom Knoten A' auf dem Reservierungskanal, unter der Annahme, dass ein Datenkanal verfügbar ist, antwortet der Knoten B' dem Knoten A' mit einer CTS-Nachricht auf dem Reservierungskanal. Auf das Empfangen der CTS-Nachricht hin überträgt dann der Knoten A' die Informationsnachricht an den Knoten B auf dem Datenkanal „1". Weil Kanalzugriffsanforderungen bzw. -requests auf dem separaten bzw. gesonderten Reservierungskanal übertragen werden, kann ein anderer Knoten eine RTS-Nachricht übertragen, und zwar kurz nachdem ein früherer bzw. vorangegangener RTS/CTS-Austausch vollendet ist, ohne darauf zu warten, dass die darauffolgende Informationsnachricht vollendet sein muss. Zum Beispiel, wie in 3b gezeigt, falls der Knoten C' wünscht, eine Nachricht an den Knoten D' zu senden, kann der Knoten C' eine RTS-Nachricht auf dem Reservierungskanal nach der CTS-Nachricht vom Knoten B' zum Knoten A' übertragen, und zwar unabhängig davon, ob die Informationsnachricht, die vom Knoten A' zum Knoten B' übertragen wird, immer noch auf dem Datenkanal 1 übertragen wird. Der Knoten D' antwortet dem Knoten C' mit einer CTS-Nachricht und der Knoten C' überträgt darauffolgend eine Informationsnachricht auf einem anderen verfügbaren Datenkanal, wie z.B. dem Datenkanal „2". Wie man in 3 erkennt, kann die vom Knoten C' zum Knoten D' auf dem Datenkanal 2 gesandte Informationsnachricht gleichzeitig mit der vom Knoten A' zum Knoten B' auf dem Datenkanal 1 gesandten Informationsnachricht übertragen werden. Die Nachricht vom Knoten C' zum Knoten D' wird im Wesentlichen mit keiner Verzögerung, die von der Übertragung der langen Nachricht, die vom Knoten A' zum Knoten B' übertragen wird, resultiert, übertragen.
Der Ansatz der vorliegenden Erfindung befreit im Wesentlichen den Reservierungskanal von vielfachen Zugriffskollisionen aufgrund der kurzen Dauer der Anfrage-zum-Senden- bzw. Request-to-Send-Nachricht und der Abwesenheit von langen Datenübertragungen bzw. -transfers. Die Datenübertragungen auf den separaten Datenkanälen erfahren ebenfalls eine Verringerung in Kollisionen aufgrund der zufälligen Burst-Fehler, die durch Anfrage-zum-Senden- bzw. Request-to-Send-Versuche von Knoten, die außerhalb der Reichweite der Klar-zum-Senden- bzw. Clear-to-Send-Nachricht, die mit einer Datenübertragung assoziiert ist, erzeugt werden. Zum Beispiel in mobilen ad hoc-Netzwerken (Erweiterte Dienstsätze bzw. Extended Service Sets in der IEEE802.11 Sprache) werden Knoten den Funkfrequenzbereich eines Basisdienstsatzes bzw. Basic Service Sets (ein Basisdienstsatz bzw. Basic Service Set ist im Wesentlichen eine Gruppe von Knoten, die in einen Zugriffspunkt bzw. Access Point in einem Ein-Sprung-Sinn bzw. One-Hop-Sinn verknüpft sind) eintreten und verlassen. HF-Kommunikationen erfahren breite Schwankungen in deren Ausbreitungsreichweiten aufgrund von Gebäuden, Bäumen und anderen Strukturen. Wenn es Gebäude zwischen einem Sender und einem Empfänger gibt, kann eine signifikante Abschwächung bzw. Dämpfung resultieren. Im Fall eines Netzwerks, das unter dem IEEE802.11 Protokoll operiert, kann diese Fluktuation einen Knoten zur Folge haben, der eine Nachricht empfängt, die eine katastrophale Störung bzw. Interferenz von einem Knoten, der ein RTS oder eine Nachricht ausgibt, erfährt. Dieser Knoten kann die angreifende RTS-Übertragung machen, falls er in Unkenntnis der Kanalreservierung war, und zwar aufgrund eines Gebäudes oder eines Baums der zuvor im Weg war, dies aber nicht länger ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung findet diese destrukti ve Störung bzw. Interferenz auf dem Reservierungskanal anstelle auf einem Datenkanal statt. Falls eine derartige RTS-Nachricht mit einer anderen RTS-Nachricht oder einer CTS-Nachricht auf dem Reservierungskanal kollidieren würde, würde diese Kollision einen erneuten Versuch der Reservierung anstelle eines erneuten Versuchs einer Informationsnachricht zur Folge haben. Diese Verbesserung ist besonders wichtig bezüglich Echtzeitdiensten (z.B. Audio und Video), die eine schnelle Lieferung erfordern.
Wie aus dem Vorstehenden verstanden werden kann, liegt ein wichtiger Vorteil der vorliegenden Erfindung in der kontinuierlichen bzw. ständigen Überwachung des Reservierungskanals. Knoten, die mit einer Datenübertragung beschäftigt bzw. damit involviert sind, verlieren nicht irgendwelche Information in Bezug auf parallele Datenübertragungen, die nach dem aktuellen Ereignis begonnen haben. Ist dieses universelle Wissen gegeben, sind Knoten, die auf den Reservierungskanal zurückkehren, fähig, eine intelligentere Entscheidung bezüglich des Kanals, der für darauffolgende Datenübertragungen gewählt wird, zu machen. Dieser Vorteil der vorliegenden Erfindung ist besonders kritisch für die zuverlässige und rechtzeitige Lieferung von Echtzeitverkehr, wie z.B. Sprache über das Internetprotokoll bzw. Voice over the Internet Protocol auf einem drahtlosen LAN.
Das folgende exemplarische Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in dem Zusammenhang eines drahtlosen LAN enthüllt im Detail die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung. Die 4 und 5 stellen Zustandsdiagramme des primären und sekundären Modems von Knoten in einem System dar, das Mehrkanal- bzw. Multikanalträgerempfindlicher Mehrfachzugriff mit verbesserter Kollisionsvermeidung bzw. Carrier Sense Multiple Access mit verbesserter Kollisionsvermeidung (MC-CSMA/E-CA) gemäß dem beispielhaften Ausführungsbeispiel darstellen. Genauer ist ein Zustandsdiagramm, das die Kanalzugriffs-Zustandsmaschine bzw. -State Machine des primären Modems eines Knotens darstellt in 2 gezeigt. Diese Zustands- bzw. State-Machine implementiert das CSMA/CA-Protokoll mit mehrfachen bzw. vielfachen Datenkanälen. Ein Zustandsdiagramm, das die Kanalzugriffszustandsmaschine bzw. -State Machine des sekundären Empfängers, der verbesserte Kollisionsvermeidung vorsieht, darstellt, ist in 5 gezeigt.
Zur Erleichterung der Beschreibung sind die in 4 gezeigten Modemzustände lose in „Quellmodem-Zustände" (rechte Seite der 4), die jedes primäre Modem typischerweise einnehmen kann während es in dem Prozess des Übertragens einer Nachricht ist, und „Zielmodem-Zustände" (linke Seite der 4), die jedes primäre Modem typischerweise einneh men kann, während es in dem Prozess des Empfangens einer Nachricht ist, unterteilt. Jedoch wird verstanden werden, dass die in 4 gezeigten Zustände eine einzelne Zustandsmaschine bzw. State Machine aufbauen und das primäre Modem jedes Knotens irgendeinen dieser Zustände einnehmen kann.
Auf das anfängliche Anschalten und Strom- bzw. Spannungshochfahren (INITIIERE), nimmt jedes Modem den LEERLAUF-Zustand 100 ein und wird auf den Reservierungskanal eingestellt bzw. getunt. Wenn ein Quellknoten versucht, eine Nachricht zu einem Zielknoten zu übertragen, weist der Standardzyklus von Modemzuständen des Quellknotens die folgenden Zustände auf: LEERLAUF (100), ZEITKANALZUGRIFF (102), ÜBERTRAGE RTS (104), WARTE AUF CTS (106), VERARBEITE CTS (108), ÜBERTRAGE NACHRICHT (110), WARTE AUF VERBINDUNGSBESTÄTIGUNG bzw. -ACKNOWLEDGE (112), und zurück zu LEERLAUF (100). Abweichungen von diesem Zyklus sind mit der Übertragung einer Sendungsnachricht (kein CTS erforderlich) oder Fehlerzuständen, wie zum Beispiel dem Empfang eines RTS oder CTS vor dem RTS-Versuch des Quellmodems oder dem Fehlen eines CTS-Empfangs assoziiert.
Genauer, auf das Empfangen eines Übertrage- bzw. Sende-Befehls, geht das Quellmodem von dem LEERLAUF-Zustand 100 in den ZEITKANALZUGRIFF-Zustand 102 über. In dem ZEITKANALZUGRIFF-Zustand 102, auf der Grundlage von Netzwerkbedingungen, wird bestimmt, ob eine Verzögerung (VERZÖGERUNG AN) vor der Übertragung einer RTS-Nachricht eingesetzt wird, um die Startzeiten von mehrfachen Knoten zufällig zu machen. Dies ist besonders wichtig folgend auf den Empfang einer Sendungsnachricht bzw. Ausstrahlungsnachricht bzw. Broadcastnachricht, wo alle Knoten das Empfangen zur selben Zeit beenden. Falls, auf die Vollendung der Sendungsnachricht hin, jeder Knoten, der Kanalzugriff wünscht, unverzüglich versuchte, eine RTS-Nachricht auf dem Reservierungskanal zu übertragen, würde die Wahrscheinlichkeit einer Kollision wesentlich größer als normal sein (d.h. es ist viel wahrscheinlicher, dass wenigstens zwei Knoten ein RTS zur selben Zeit übertragen werden). Folglich, falls eine Sendungsnachricht gerade empfangen wurde, wird der ZEITKANALZUGRIFF eine zufällige Zeitverzögerung zum Übertragen der RTS-Nachricht einstellen bzw. setzen, um den Zugriff auf den Kanal zufällig zu machen, so dass die Wahrscheinlichkeit von mehrfachen Knoten, die auf den Kanal gleichzeitig zuzugreifen versuchen, verringert wird.
Ein ähnliches Problem existiert, wenn nur ein Datenkanal folgend der Übertragung und dem Empfang einer Informationsnachricht verfügbar ist. Vor der Vollendung der Nachricht sind keine Datenkanäle verfügbar und irgendwelche Knoten, die wünschen Nachrichten zu übertragen, werden Kenntnis haben, dass die erste Gelegenheit, auf einen Datenkanal zuzugreifen, an dem Ende der Nachricht auftreten wird. Falls zwei oder mehr Knoten eine Nachricht zu übertragen wünschen und jeder eine RTS-Nachricht auf dem Reservierungskanal unmittelbar auf die Vollendung der Informationsnachricht hin überträgt, wird eine Kollision resultieren. Folglich wird in dem ZEITKANALZUGRIFF-Zustand 102 eine zufällige Verzögerung vor dem Senden der RTS-Nachricht an den Zielknoten eingefügt bzw. eingesetzt.
Umgekehrt, falls das Netzwerk im Wesentlichen ruhig bzw. stumm ist, wobei wenigstens einige der Datenkanäle nicht belegt sind, wird die ZEITKANALVERZÖGERUNG 102 eine Verzögerung von null Sekunden einstellen, so dass das Quellmodem im Wesentlichen direkt in den ÜBERTRAGE RTS-Zustand 104 geht und die RTS-Nachricht an den Zielknoten sofort ohne Verzögerung auf dem Reservierungskanal gesandt wird.
Falls, während es in dem ZEITKANALZUGRIFF-Zustand 102 ist, das Modem ein ankommendes Signal (SYNC DETEKTION) auf dem Reservierungskanal detektiert, geht das Modem in den VERARBEITE RTS/CTS-Zustand 114 über, um zu bestimmen, was empfangen wurde, anstelle von in den ÜBERTRAGE RTS-Zustand 104 überzugehen. Falls bestimmt wird, dass das eingehende Signal eine RTS-Nachricht ist, welche anfordert eine Nachricht an einen anderen Knoten zu übertragen (d.h. die RTS-Nachricht macht keine Antwort von dem Modem erforderlich), erwartet das Modem die Antwort-CTS in der nahen Zukunft zu empfangen (in diesem Szenario „hört" bzw. „horcht" das Modem auf einen RTS/CTS-Austausch zwischen zwei anderen Knoten auf dem Reservierungskanal). An diesem Punkt, obwohl der Knoten/das Modem wünscht, seine eigene RTS-Nachricht zu senden, erkennt der Knoten, das ein RTS/CTS-Austausch zwischen zwei anderen Knoten auf dem Reservierungskanal begonnen hat, und das er warten muss bis die Transaktion vollendet ist, bevor er seine eigene RTS-Nachricht überträgt. Um auf die antizipierte Antwort-CTS-Nachricht zu warten (WARTE AUF CTS), geht das Modem in den EMPF CTS-Zustand 116 über. In dem EMPF CTS-Zustand 116, verfolgt ein Timer bzw. eine Zeitsteuerung die vergangene Zeit. Falls nach dem eine vorbestimmte Zeitüberschreitungsperiode abgelaufen ist, das Modem nicht eine eingehende CTS-Nachricht auf dem Reservierungskanal detektiert hat, kehrt das Modem in den ZEITKANALZUGRIFF-Zustand 102 (ACK_4) zurück, um den Versuch, eine RTS-Nachricht zu übertragen, wieder aufzunehmen. Im Wesentlichen nimmt das Modem an, dass, nach einer vorbestimmten Zeit, keine Antwort-CTS-Nachricht kommen wird, so dass der Reservierungskanal nun für das Modem verfügbar ist, um seine eigene RTS-Nachricht zu senden, und zwar ohne das Risiko des Kollidierens mit der Antwort-CTS.
Falls, vor dem Ablauf der Zeitüberschreitungsperiode, das Modem ein eingehendes Signal (SYNC) auf dem Reservierungskanal detektiert, kehrt das Modem in den VERARBEITE RTS/CTS-Zustand 114 zurück, um zu bestimmen was empfangen wurde. Falls das empfangene Signal die erwartete Antwort-CTS-Nachricht ist, ist der RTS/CTS-Austausch vollendet und der Knoten erkennt, das eine Informationsnachricht in Kürze zwischen zwei Knoten auf einem Datenkanal ausgetauscht werden wird. Falls die kommende Übertragung der Informationsnachricht die Verwendung des letzten verfügbaren Datenkanals erforderlich machen wird (d.h. alle Datenkanäle werden dann besetzt bzw. belegt sein), oder falls die Übertragung den Zielknoten involviert, an den der Quellknoten beabsichtigt hatte eine RTS-Nachricht zu senden, kann der Quellknoten nicht mit der Übertragung der RTS-Nachricht fortfahren. Demzufolge geht das Modem von dem VERARBEITE RTS/CTS-Zustand 114 in dem LEERLAUF-Zustand 100 über (ACK_2). Falls, andererseits, die kommende Informationsnachrichtübertragung nicht den letzten verfügbaren Datenkanal belegen wird und nicht den beabsichtigten Zielknoten involviert, gibt es noch einen möglichen Kanalzugriffsversuch, so dass das Modem von dem VERARBEITE RTS/CTS-Zustand 114 in den ZEITKANAL-ZUGRIFF-Zustand 102 zurückkehrt (ACK_1), um den Prozess des Versuchens eine RTS-Nachricht zu übertragen, wieder aufzunehmen.
Während es in dem ZEITKANALZUGRIFF-Zustand 102 ist, wenn die RTS-Übertragungsverzögerungszeit (VERZÖGERUNG AN) ausläuft, geht das Modem in den ÜBERTRAGE RTS-Zustand 104 über. In dem ÜBERTRAGE RTS-Zustand 104, wenn das Quellmodem wünscht, eine Informationsnachricht an einen einzelnen Zielknoten zu übertragen (d.h. nicht eine Sendungsnachricht), überträgt das Modem die RTS-Nachricht auf dem Reservierungskanal an den Zielknoten. Die RTS-Nachricht spezifiziert die Dauer der Reservierungszeit, die der Quellknoten wünscht, einen Datenkanal zu steuern, um eine Informationsnachricht (z.B. eine Audio-, Video- oder Datennachricht) zu übertragen. Typischerweise präsentiert die RTS-Nachricht dem Zielknoten eine Anzahl von Optionen zum Einstellen der Sendeparameter zum Übertragen der Informationsnachricht. Der Zielknoten spezifiziert dann in der Antwort-CTS-Nachricht die tatsächlichen Übertragungsparameter, und zwar einschließlich des Datenkanals, auf dem die Informationsnachricht übertragen werden soll. Nach dem Senden der RTS-Nachricht (ERLEDIGT) auf dem Reservierungskanal, geht das Quellmodem in den WARTE AUF CTS-Zustand 106 über. Wie der Name aussagt, in dem WARTE AUF CTS-Zustand, wartet das Quellmodem auf die Ankunft einer CTS-Nachricht auf dem Reservierungskanal von dem Zielknoten in Erwiderung auf die RTS-Nachricht.
In dem WARTE AUF CTS-Zustand 106 verfolgt ein Timer bzw. eine Zeitsteuerung die vergangene Zeit. Falls keine Antwort-CTS-Nachricht von dem Modem auf dem Reservierungskanal innerhalb einer vorbestimmten Zeitüberschreitungsperiode empfangen wird (ZEITÜBERSCHREITUNG KEIN CTS), geht das Modem von dem WARTE AUF CTS-Zustand 106 in den LEERLAUF-Zustand 100 über. Wie in größerer Einzelheit im Folgenden beschrieben wird, geht das Modem ebenfalls von dem WARTE AUF CTS-Zustand 106 in den LEERLAUF-Zustand 100 über, wenn der Zielknoten auf die RTS-Nachricht mit einer negativen CTS (NCTS)-Nachricht antwortet, was anzeigt, dass der Quellknoten die Informationsnachricht nicht übertragen sollte.
Falls, vor der Zeitüberschreitungsperiode, das Modem die Antwort-CTS-Nachricht von dem Zielknoten auf dem Reservierungskanal empfängt (CTS EMPF), geht das Modem von dem WARTE AUF CTS-Zustand 106 in den VERARBEITE CTS-Zustand 108 über. Die CTS-Nachricht zeigt den Datenkanal an, auf welchem die Informationsnachricht übertragen werden soll, und kann verschiedene Übertragungsparameter, wie z.B. die Übertragungsdatenrate und den Leistungspegel, vorsehen bzw. liefern. Nach dem Verarbeiten der CTS-Nachricht (ERLEDIGT) geht das Modem in den ÜBERTRAGE NACHRICHT-Zustand 110 über, in welchem das Modem die Informationsnachricht auf dem spezifizierten Datenkanal überträgt. Nach dem Übertragen der Informationsnachricht (ERLEDIGT), geht das Modem dann in den WARTE AUF VERBINDUNGSBESTÄTIGUNG-Zustand 112 über, in dem das Modem darauf wartet, ein Bestätigungs- bzw. Acknowledge-Signal vom dem Zielknoten zu empfangen, das anzeigt, dass die Informationsnachricht erfolgreich empfangen wurde.
Falls der Zielknoten die Informationsnachricht erfolgreich ohne Fehler empfängt, überträgt der Zielknoten darauffolgend eine Verbindungsbestätigungsnachricht zurück an den Quellknoten auf dem Datenkanal, welcher anzeigt, dass der Empfang erfolgreich war. Auf das Empfangen der Verbindungsbestätigungsnachricht (VERBINDUNG ACK EMPFANGEN) hin, geht das Modem von dem WARTE AUF VERBINDUNGSBESTÄTIGUNG-Zustand 112 in den LEERLAUF-Zustand 100 über. In dem WARTE AUF VERBINDUNGSBESTÄTIGUNG-Zustand 112 verfolgt ein Timer bzw. eine Zeitsteuerung die vergangene Zeit. Falls keine Verbindungsbestätigungsnachricht von dem Modem auf dem Datenkanal innerhalb einer vorbestimmten Zeitüberschreitungsperiode empfangen wurde (ZEITÜBERSCHREITUNG KEIN VERBINDUNG ACK), geht das Modem von dem WARTE AUF VERBINDUNGSBESTÄTIGUNG-Zustand 112 in den LEERLAUF-Zustand 100 über. Wie in größerer Einzelheit im Folgenden beschrieben wird, geht das Modem ebenfalls von dem WARTE AUF VERBINDUNGSBESTÄTIGUNG-Zustand 112 in den LEERLAUF-Zustand 100 über, wenn der Zielknoten eine negative Bestätigungs- (NACK) Nachricht an den Quellknoten auf dem Datenkanal sendet; die anzeigt, dass die empfangene Informationsnachricht Bitfehler aufwies oder auf eine Art verfälscht war.
Falls anstelle des Übertragens eine Informationsnachricht an einen bestimmten Zielknoten der Quellknoten wünscht eine Sendungsnachricht an vielfache Nachbarknoten innerhalb eines Empfangsgebiets zu übertragen, in dem ÜBERTRAGE RTS-Zustand 104, überträgt das Quellmodem eine RTS-Nachricht auf dem Reservierungskanal, was anzeigt, dass der Quellknoten in Kürze die Sendungsnachricht übertragen wird. Wenn irgendeine RTS-Nachricht auf dem Reservierungskanal übertragen wird, empfangen alle Knoten innerhalb der Reichweite des übertragenen Signals die RTS-Nachricht. Wie zuvor beschrieben, in dem Fall eines einzelnen Zielknotens, muss der Quellknoten auf eine Antwort CTS-Nachricht warten, bevor er die Informationsnachricht auf einem spezifizierten Datenkanal überträgt. Bei einer Sendungsnachricht, ist jeder Knoten, der fähig ist, die Sendungsnachricht zu empfangen, effektiv ein beabsichtigter Zielknoten. Da es im Allgemeinen unpraktisch wäre, eine Antwort-CTS-Nachricht von jedem Knoten zu empfangen, in dem Fall einer Sendungsnachricht, senden die empfangenden Knoten nicht CTS-Nachrichten zurück an den Quellknoten. Demzufolge, wenn eine Sendungsnachricht gesendet wird (SENDUNG ÜBERTRAGEN), geht das Modem von dem ÜBERTRAGE RTS-Zustand 104 in einen SENDUNGSVERZÖGERUNG-Zustand 118 über. Der SENDUNGSVERZÖGERUNGS-Zustand auferlegt bzw. gibt einfach eine Verzögerung zwischen der Übertragung der RTS-Nachricht und der Übertragung der Sendungsnachricht. Ist einmal die Verzögerungsperiode vergangen (ERLEDIGT), geht das Modem in den ÜBERTRAGE NACHRICHT-Zustand 110 über, in dem das Modem die Sendungsnachricht auf einem der Datenkanäle überträgt. Nach dem Übertragen der Sendungs nachricht (BCST), geht das Modem in den LEERLAUF-Zustand 100 über (die Knoten, welche die Sendungsnachricht empfangen, antworten nicht mit Bestätigungsnachrichten).
Wenn der Knoten das Ziel einer von einem anderen Knoten gesendeten Nachricht ist, komplementieren die Modemzustände die oben beschriebenen Quellmodem-Zustände. Die Standardsequenz von Modemzuständen des primären Modems eines Zielknotens, das versucht eine Nachricht zu empfangen, weist folgende Zustände auf VERARBEITE RTS/CTS (114), ÜBERTRAGE CTS (120), EMPFANGE NACHRICHT (122), ÜBERPRÜFE CRC (124), ÜBERTRAGE VERBINDUNG ACK/NACK (126) und INTERRUPT-WELLENFORMPROZESSOR bzw. UNTERBRECHE WELLENFORMPROZESSOR (128).
Genauer, auf das Detektieren eines eingehenden Signals hin (SYNC-DETEKTION) auf dem Reservierungskanal, geht das Modem von dem LEERLAUF-Zustand 100 in den VERARBEITE RTS/CTS-Zustand 114 über. Falls das in dem VERARBEITE RTS/CTS-Zustand 114 identifizierte, empfangene Signal eine an den Knoten selbst gerichtete RTS-Nachricht ist (d.h. dieser Knoten ist der Zielknoten der Nachricht, die der Quellknoten zu senden anfrägt bzw. anfordert), auf eine Vollendung der Verarbeitung der RTS-Nachricht hin (ERLEDIGT), geht das Modem in den ÜBERTRAGE CTS/NCTS-Zustand über. Falls, andererseits das empfangene Signal eine RTS-Nachricht ist, die an einen verschiedenen Knoten gerichtet ist (d.h. dieser Knoten ist nicht der Zielknoten der Nachricht, die der Quellknoten zu übertragen wünscht), wird das Modem warten, um die Antwort-CTS-Nachricht (WARTE AUF CTS) von dem Zielknoten zu empfangen, und geht in den EMPFANGE CTS-Zustand 116 über. Wie zuvor erläutert wurde, in dem EMPFANGE CTS-Zustand 116, verfolgt ein Timer bzw. eine Zeitsteuerung die vergangene Zeit. Falls, nachdem eine vorbestimmte Zeitüberschreitungsperiode abgelaufen ist, das Modem ein eingehendes Signal auf dem Reservierungskanal nicht detektiert hat, nimmt das Modem an, dass die CTS-Nachricht nicht gesendet werden wird und kehrt (ACK_3) in den LEERLAUF-Zustand zurück. Falls, vor dem Ablauf der Zeitüberschreitungsperiode, das Modem ein eingehendes Signal (SYNC) auf dem Reservierungskanal detektiert, kehrt das Modem in den VERARBEITE RTS/CTS-Zustand 114 zurück, um zu bestimmen, was empfangen wurde. Falls das empfangene Signal die erwartete Antwort-CTS-Nachricht ist, wird der RTS/CTS-Austausch vollendet und der Knoten erkennt, dass eine Informationsnachricht in Kürze zwischen zwei Knoten auf einem besonderen Datenkanal ausgetauscht werden wird. Das Modem kehrt (ACK_2) dann von dem VERARBEITE RTS/CTS-Zustand 114 zu dem LEERLAUF-Zustand 100 zurück. Das Modem geht eben falls von dem VERARBEITE RTS/CTS-Zustand 114 in den LEERLAUF-Zustand 100 über, wenn eine Kollision auf dem Reservierungskanal auftritt, von dem sich das Modem nicht erholen kann.
Wenn man nochmal zu dem Fall zurückkehrt, in dem die ankommende RTS-Nachricht diesen Knoten als den Zielknoten identifiziert, von dem ÜBERTRAGE CTS/NCTS-Zustand 120, überträgt das Modem entweder eine CTS-Nachricht oder eine negative CTS-Nachricht (NCTS) zurück zu dem Quellknoten. Wie im Folgenden in größerer Einzelheit erklärt wird, falls der Zielknoten bestimmt, dass der Quellknoten die Informationsnachricht nicht übertragen sollte, überträgt das Modem eine negative CTS-Nachricht (NCTS) Nachricht an den Quellknoten auf dem Reservierungskanal und kehrt zu dem LEERLAUF-Zustand 100 zurück. Ansonsten überträgt das Modem eine CTS-Nachricht an den Quellknoten. Die CTS-Nachricht spezifiziert den Datenkanal, auf welchem das Quellmodem die Informationsnachricht übertragen soll sowie irgendeine Anzahl von anderen Nachrichtübertragungsparametern. Auf eine Vollenden der Übertragung der CTS-Nachricht hin (ERLEDIGT), geht das Modem in den EMPFANGE NACHRICHT-Zustand 122 über.
In dem EMPFANGE NACHRICHT-Zustand 122, wartet das Modem auf die Informationsnachricht bis eine Zeitüberschreitungsperiode vergangen ist. Falls die Zeitüberschreitungsperiode abgelaufen ist, ohne dass das Modem die Nachricht empfängt (RAHMEN SYNC NICHT DETEKTIERT, d.h. darin versagt, eine Frame- bzw. Rahmensynchronisation mit der eingehenden Nachricht zu erreichen), geht das Modem in den INTERRUPT WELLENFORMPROZESSOR- bzw. UNTERBRECHE WELLENFORMPROZESSOR-Zustand 128 über. Eine Frame- bzw. Rahmensynchronisation kann von dem Modem nicht detektiert werden, wenn sich die HF-Bedingungen zwischen den Quell- und Zielknoten geändert haben, was einen Empfang schwierig oder unmöglich macht. Zum Beispiel, falls sich die HF-Bedingungen ungünstig zwischen der Zeit der Übertragung der RTS-Nachricht von dem Quellknoten und der Zeit der Übertragung der CTS-Nachricht von dem Zielknoten geändert haben, kann der Quellknoten nicht erfolgreich die CTS-Nachricht empfangen. Folglich kann der Quellknoten nicht einmal versuchen, die Informationsnachricht zu übertragen, während das Zielmodem in dem EMPFANGE NACHRICHT-Zustand 122 wartet. Ebenso, falls sich die HF-Bedingungen ungünstig nach der Übertragung und dem Empfang der CTS-Nachricht ändern, kann die darauffolgend übertragene Informationsnachricht an dem Zielmodem undetektierbar sein.
Falls das Modem Frame- bzw. Rahmensynchronisation mit der eingehenden Informationsnachricht detektiert (EMPF ERLEDIGT), geht das Modem von dem EMPFANGE NACHRICHT-Zustand 122 in den ÜBERPRÜFE CRC-Zustand 124 über, wo das Modem bestimmt, ob die empfangene Nachricht Bitfehler besitzt. Genauer bestimmt das Modem aus der Information in den ersten zwei Bytes der Nachricht wie viele Bytes lang die Nachricht ist. Wurde einmal diese Anzahl von Bytes empfangen, führt das Modem eine zyklische Redundanzprüfung bzw. Cyclic Redundancy Check (CRC) durch, um zu bestimmen, ob die empfangene Nachricht irgendwelche Bitfehler enthält. Falls alle Bits in der empfangenen Nachricht korrekt sind (GUTE CRC), geht das Modem in den ÜBERTRAGE ACK/NACK-Zustand 126 über und überträgt ein Bestätigungs- bzw. Acknowledge-Signal an den Quellknoten auf dem Datenkanal, welches anzeigt, dass die Nachricht erfolgreich empfangen wurde. Falls andererseits die CRC Bitfehler in der empfangenen Nachricht detektiert (CRC FEHLER), geht das Modem in den ÜBERTRAGE ACK/NACK-Zustand 126 über und überträgt ein negatives Bestätigungs- bzw. Acknowledge-(NACK) Signal an den Quellknoten auf dem Datenkanal, welches anzeigt, dass die Nachricht nicht erfolgreich empfangen wurde.
Nach dem Übertragen des Bestätigungs- oder negativen Bestätigungssignals an den Quellknoten (ERLEDIGT), geht das Modem in den INTERRUPT WELLENFORM PROZESSOR- bzw. UNTERBRECHE WELLENFORM PROZESSOR-Zustand 128 über. Über einen Interrupt übergibt der INTERRUPT WELLENFORM PROZESSOR-Zustand 128 einen Empfangsstatusindikator bzw. -anzeiger (EMPF STATUS) und, falls erfolgreich empfangen, die empfangene Nachricht nach oben auf dem Protokollstapel an den Netzwerkprozessor (z.B. Link- bzw. Verbindungs-Schichtsoftware bzw. -Layersoftware, die auf den Empfangsstatus und/oder die in der Nachricht empfangene Information anspricht). Der Empfangsstatus informiert den Netzwerkprozessor, ob die Frame- bzw. Rahmensynchronisation und das CRC erfolgreich waren (GUT), die Frame- bzw. Rahmensynchronisation nicht detektiert wurde (FS FEHLER) oder die CRC Bitfehler in der empfangenen Nachricht detektiert hat (CRC FEHLER). Wenn der Empfangsstatus GUT ist, wird die erfolgreich empfangene Nachricht ebenfalls für den Netzwerkprozessor vorgesehen. Falls eine Nachricht nicht erfolgreich empfangen wurde, kann der Knoten einen zufälligen Zurückhalte- bzw. Back-off-Algorithmus verwenden, der eine zufällige Verzögerung einstellt und kann versuchen, die Nachricht erneut mit verschiedenen Übertragungsparametern (z.B. mit einer niedrigeren Datenrate oder höherer Leistung) zu senden. Nach dem Fördern des Empfangsstatus und der Informationsnachricht geht das Modem in den LEERLAUF-Zustand 100.
Wenn eine empfangene RTS-Nachricht anzeigt, dass eine Sendungsnachricht kommt (EMPFANGE SENDUNG), antwortet der Zielknoten nicht mit einer CTS-Nachricht; demzufolge geht das Modem direkt vom dem VERARBEITE RTS/CTS-Zustand 114 in den EMPFANGE NACHRICHT-Zustand 122 über (unter Umgehung des ÜBERTRAGE CTS/NCTS-Zustand 120). Ebenso wird kein Bestätigungs- bzw. Acknowledge-Signal ansprechend auf das Empfangen einer Sendungsnachricht versandt bzw. geschickt. Somit, ist einmal die CRC auf einer Sendungsnachricht vollendet (SENDUNG ERLEDIGT), geht das Modem direkt von dem ÜBERPRÜFE CRC-Zustand 124 in den INTERRUPT WELLENFORM PROZESSOR-Zustand 128 über (unter Umgehung des ÜBERTRAGE ACK/NACK-Zustands 126).
Wie aus der vorhergehenden Beschreibung offenbar ist, ist das primäre Modem der vorliegenden Erfindung mit dem Übertragen und Empfangen von RTS- und CTS-Nachrichten auf dem Reservierungskanal sowie dem Senden und Empfangen von Informationsnachrichten und Bestätigungssignalen auf den Datenkanälen beschäftigt. Jedoch, während der Zeit, in welcher das Modem in der Übertragung einer Informationsnachricht auf einem Datenkanal beschäftigt ist, kann das Modem nicht ebenfalls den Reservierungskanal für RTS- und CTS-Nachrichten überwachen. Somit, ohne weitere Maßnahme, kann wichtige Information, darüber, welche Kanäle belegt oder verfügbar sind und welche Knoten belegt sind, während der Übertragung von Informationsnachrichten verloren werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist jeder Knoten ein sekundäres Modem oder Empfänger zum Überwachen des Reservierungskanals auf wenn das primäre Modem anderweitig beschäftigt ist. Der sekundäre Empfänger eliminiert das Problem des Verlierens des Wissens bzw. der Kenntnis über die parallelen Datenkanäle während das primäre Modem mit einem Nachrichtentransfer bzw. -übertragung auf einem Datenkanal beschäftigt ist und nicht auf den Reservierungskanal horcht bzw. diesen nicht abhört. Während das sekundäre Modem sowohl Übertragungs- und Empfangsfähigkeiten aufweisen kann, verlässt sich das hier beschriebene beispielhafte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung nur zum Empfangen von Signalen auf das sekundäre Modem; somit kann der Sender optional ausgeblendet bzw. herausgenommen oder gänzlich eliminiert sein. Selbstverständlich, während ein sekundärer Sender nicht durch die vorliegende Erfindung erforderlich gemacht wird, wird verstanden werden, dass die vorliegende Erfindung die Verwendung eines sekundären Senders oder irgendeiner anderen zusätzlichen Funktionalität innerhalb eines Netzwerkknotens nicht ausschließt.
Ein Zustands- bzw. State-Diagramm, welches die Kanalzugriffszustandsmaschine bzw. -State Machine des sekundären Empfängers darstellt, ist in 5 gezeigt. Der sekundäre Empfänger überwacht im Allgemeinen den Reservierungskanal, indem er um die Schleife der Zustände LEERLAUF 200, VERARBEITE RTS/CTS 202 und EMPF CTS 204 zyklisch läuft. Diese Zustände sind vergleichbar den entsprechenden Zuständen in der Zustandsmaschine des primären Modems. Der sekundäre Empfänger zeichnet alle vollendeten RTS/CTS-Transaktionen auf, indem er bemerkt bzw. notiert bzw. aufzeichnet, welche Ziele für wie lange beschäftigt bzw. belegt waren und welcher Datenkanal verwendet wurde, um jede Transaktion zu vollenden.
Genauer, in dem LEERLAUF-Zustand 200, überwacht der sekundäre Empfänger den Reservierungskanal, indem er auf den Empfang einer RTS- oder CTS-Nachricht wartet. Auf die Erlangung einer dieser Nachrichten hin (SYNC DETEKTION), geht die Zustandsmaschine in den VERARBEITE RTS/CTS-Zustand 202 über. In dem VERARBEITE RTS/CTS-Zustand 202 wird die eingehende RTS- oder CTS-Nachricht identifiziert und Kanalzustandsinformationen werden aktualisiert, und zwar auf der Grundlage der Inhalte RTS- oder CTS-Nachricht. Sowohl die RTS- als auch die CTS-Nachrichten enthalten genug Information, um zu offenbaren, welche Ziele involviert sind, welchen Kanal die Knoten zur Kommunikation verwenden, und wie lange die Knoten mit der Nachrichtenübertragung beschäftigt und deshalb für eine Nachrichtenübertragung mit diesem Knoten nicht verfügbar sind. Die Kenntnis dieser Information verhindert ebenfalls, dass dieser Knoten den reservierten Kanal wählt und destruktive Störung bzw. Interferenz auf die laufenden Kommunikationen verursacht.
Auf das Empfangen einer RTS-Nachricht hin, wird das Modem warten, die Antwort-CTS-Nachricht von dem Zielknoten zu empfangen (WARTE AUF CTS) und geht in den EMPF CTS-Zustand 204 über. Der EMPF CTS-Zustand 204 ist ein Haltezustand, in welchem der sekundäre Empfänger erwartet, eine CTS zu empfangen, und zwar ansprechend auf eine RTS, die zuvor in dem VERARBEITE RTS/CTS-Zustand 202 verarbeitet wurde. In dem EMPF CTS-Zustand 204 verfolgt ein Timer bzw. eine Zeitsteuerung die vergangene Zeit. Falls, nachdem eine vorbestimmte Zeitüberschreitungsperiode abgelaufen ist, der sekundäre Empfänger ein eingehendes Signal auf dem Reservierungskanal nicht detektiert hat, nimmt der sekundäre Empfänger an, dass die CTS-Nachricht nicht gesandt wird und kehrt in den LEERLAUF-Zustand 200 zurück (RÜCKKEHR LEERLAUF). Falls, vor dem Ablauf der Zeitüberschreitungsperiode, der sekundäre Empfänger ein eingehendes Signal detektiert (SYNC), und zwar auf dem Reservierungskanal, kehrt der sekundäre Empfänger in den VERARBEITE RTS/CTS-Zustand 202 zurück, um zu bestimmen, was empfangen wurde. Falls das empfangene Signal die erwartete Antwort-CTS-Nachricht ist, ist der RTS/CTS-Austausch vollendet und der Knoten erkennt, dass eine Informationsnachricht in Kürze zwischen zwei Knoten auf einem bestimmten Datenkanal ausgetauscht wird. Der sekundäre Empfänger kehrt dann (RÜCKKEHR LEERLAUF) von dem VERARBEITE RTS/CTS-Zustand 202 in den LEERLAUF-Zustand 200 zurück.
Man beachte, dass der sekundäre Empfänger typischerweise erwartet, RTS- und CTS-Nachrichten zu empfangen, die an einen verschiedenen Knoten gerichtet sind (d.h. dieser Knoten ist nicht der Zielknoten der Nachricht, die der Quellknoten zu übertragen wünscht). Dies beruht darauf, dass der sekundäre Empfänger im Allgemeinen den Reservierungskanal nur dann überwacht, wenn das primäre Modem mit einer Nachrichtenübertragung auf einem Datenkanal beschäftigt ist und zeitweise unfähig ist, irgendwelche RTS-Nachrichten zu senden und nicht verfügbar ist, um auf irgendwelche eingehenden RTS-Nachrichten anzusprechen bzw. zu antworten. Falls das in dem VERARBEITE RTS/CTS-Zustand 202 identifizierte empfangene Signal eine RTS-Nachricht ist, die an den Knoten selbst gerichtet ist (d.h. dieser Knoten ist der Zielknoten der Nachricht, die der Quellknoten zu senden anfordert) geht der sekundäre Empfänger zurück in den LEERLAUF-Zustand 200 über, da keine CTS von einem anderen Knoten kommen wird.
Noch unter Bezugnahme auf 5 wird der STUMM-Zustand 206 des sekundären Modems/Empfängers verwendet, um Leistung zu sparen, wenn das primäre Modem nicht mit einer Nachrichtenübertragung auf einem Datenkanal beschäftigt ist. In diesem Zustand wird der sekundäre Empfänger leistungsmäßig heruntergefahren, während das primäre Modem den Reservierungskanal überwacht. Die Zeitsteuerung bzw. das Timing des Übergangs des sekundären Empfängers zwischen dem STUMM-Zustand 206 und dem LEERLAUF-Zustand 200 kann am besten unter Rückverweisung auf die Zustandsmaschine des in 4 gezeigten primären Modems verstanden werden. Im Allgemeinen wenn das primäre Modem in dem LEERLAUF-Zustand 100 ist, ist es „eingestellt" bzw. „getunt" oder „horcht" es auf den Reservierungskanal und der sekundäre Empfänger ist in dem STUMM-Zustand 206, um Leistung zu sparen. Ebenso, in den Zuständen, in denen das primäre Modem RTS- oder CTS- Nachrichten überträgt, empfängt, darauf wartet oder diese verarbeitet, wird das primäre Modem auf den Reservierungskanal eingestellt und der sekundäre Empfänger ist in dem STUMM-Zustand 206. Diese primären Modemzustände weisen folgende auf: ZEITKANALZUGRIFF 102, ÜBERTRAGE RTS 104, WARTE AUF CTS 106, VERARBEITE CTS 108, VERARBEITE RTS/CTS 114, EMPF CTS 116 und ÜBERTRAGE CTS/NCTS 120.
Wenn das primäre Modem eine Nachricht auf einem Datenkanal überträgt bzw. sendet oder empfängt, wird das primäre Modem auf den Datenkanal neu eingestellt und der sekundäre Empfänger wird aus dem STUMM-Zustand 206 in den LEERLAUF-Zustand 200 aktiviert. Insbesondere wenn das primäre Modem von entweder VERARBEITE CTS-Zustand 108 oder dem SENDUNGSVERZÖGERUNG-Zustand 118 in den ÜBERTRAGE NACHRICHT-Zustand 110 übergeht, wird das primäre Modem auf den Datenkanal neu eingestellt und der sekundäre Empfänger wird auf den Reservierungskanal eingestellt und nimmt den LEERLAUF-Zustand 200 ein. Ebenso, wenn das primäre Modem von entweder ÜBERTRAGE CTS/NCTS-Zustand 120 oder dem VERARBEITE RTS/CTS-Zustand 114 in den EMPFANGE NACHRICHT-Zustand 122 übergeht, wird das primäre Modem auf den Datenkanal neu eingestellt und der sekundäre Empfänger wird auf den Reservierungskanal eingestellt und nimmt den LEERLAUF-Zustand 200 ein. Auf das Zurückkehren in den LEERLAUF-Zustand 100 von dem WARTE AUF VERBINDUNGSBESTÄTIGUNG-Zustand 112 oder dem INTERRUPT WELLENFORM PROZESSOR-Zustand 128 hin, wird das primäre Modem auf den Reservierungskanal neu eingestellt und der sekundäre Empfänger wird deaktiviert und kehrt in den STUMM-Zustand 206 zurück. Wie hier verwendet bezeichnen die Ausdrücke „einstellen", „einstellbar", „neu einstellen" und „neu einstellbar" einfach, dass der Empfänger geeignete Einstellungen durchführt, um Signale auf einem bestimmten Kanal zu detektieren. Diese Einstellungen sind eine Funktion der Natur der Kanäle und wie sie getrennt sind und können Einstellungen in der HF-Frequenz, dem Timing bzw. der Zeitsteuerung oder der Codierung mit sich bringen. Somit, wie sie hier breit verwendet werden, implizieren die Ausdrücke „einstellen" und „neu einstellen" nicht notwendigerweise die Veränderung der HF-Frequenz.
Wie zuvor erklärt wurde, wenn ein bestimmter Knoten beabsichtigt, eine Sendungsnachricht zu übertragen, stellt sich jeder Knoten, der die vorhergehende RTS-Nachricht empfängt, auf den Datenkanal ein, der von der RTS-Nachricht spezifiziert wurde und wartet auf den Empfang der Sendungsnachricht. Wenn das primäre Modem nicht mit der Übertragung einer Informationsnachricht auf einem Datenkanal beschäftigt ist, wird der Empfang einer Sendungsnachricht durch Einstellen des primärem Modem auf den spezifizierten Datenkanal gehandhabt (Übergehen von dem VERARBEITE RTS/CTS-Zustand 114 in den EMPFANGE NACHRICHT-Zustand 122 in 4). Jedoch, gemäß der vorliegenden Erfindung, sogar wenn das primäre Modem mit der Übertragung einer Informationsnachricht beschäftigt ist, kann der Knoten noch die Sendungsnachricht empfangen.
Unter erneuter Bezugnahme auf 5, wenn der sekundäre Empfänger, welcher aktiviert ist, weil das primäre Modem beschäftigt bzw. belegt ist, eine RTS-Nachricht detektiert, die eine kommende Sendungsnachricht anzeigt (EMPFANGE SENDUNG), geht das sekundäre Modem in einen EMPFANGE SENDUNG-Zustand 208 über. Der EMPFANGE SENDUNG-Zustand 208 sieht eine erweiterte Fähigkeit vor, wobei das sekundäre Modem sich auf einen spezifizierten Datenkanal neu einstellt und auf die Sendungsnachricht auf dem Datenkanal horcht bzw. lauscht. Sendungsnachrichten sind beabsichtigt von allen Knoten innerhalb eines Bereichs des Senders gehört zu werden. In diesem Fall wird angenommen, dass der Empfang dieser Sendungsnachricht wichtiger ist, als das Überwachen des Reservierungskanals. Im Allgemeinen sollte der Reservierungskanal während der Sendungsnachricht unbelegt bzw. unbeschäftigt sein, da alle Knoten in der Nachbarschaft ebenfalls die Sendungsnachricht empfangen sollten, anstelle von RTS- oder CTS-Nachrichten zu übertragen. Somit, obwohl zeitweise weder das primäre Modem noch das sekundäre Modem den Reservierungskanal überwacht, sollten keine legitimierten RTS- oder CTS-Nachrichten auf dem Reservierungskanal während der Sendungsnachricht überhaupt gesendet werden, da Nachbarknoten ebenfalls auf die Sendung hören. Obwohl der Reservierungskanal während Sendungsnachrichten, die gleichzeitig mit der Übertragung einer Informationsnachricht auftreten, nicht überwacht werden kann, wird der Reservierungskanal noch kontinuierlich während Perioden überwacht, wenn Kanalzugriffsreservierungsnachrichten, wie z.B. RTS- und CTS-Nachrichten erwartet werden, da keine Kanalzugriffsreservierungsnachrichten während einer Sendungsnachricht erwartet werden. Durch Neueinstellen des sekundären Modems auf den Datenkanal der Sendung kann der Knoten gleichzeitig eine Informationsnachricht auf einem Datenkanal empfangen und parallel dazu die Sendungsnachricht auf einem anderen Datenkanal. Ist einmal die Sendungsnachricht vollendet, wird das sekundäre Modem auf den Reservierungskanal neu eingestellt und kehrt in den LEERLAUF-Zustand 200 zurück. Man beachte, dass wenn das primäre Modem die Sendungsnachricht empfängt, der sekundäre Empfänger fähig ist, den Reservierungskanal zu überwachen (obwohl keine RTS- oder CTS-Nachrichten während der Sendung erwartet würden).
Die negative Klar-zum-Senden- bzw. Clear-to-Send- (NCTS) und die negative Bestätigungs- bzw. Acknowledge- (NACK) Nachrichten sehen eine signifikante Verbesserung des Systems der vorliegenden Erfindung vor. Diese negativen Antwortnachrichten geben konstruktives Feedback bzw. Rückkopplung an den Ursprungssender. Das NCTS wird verwendet, um unzureichende Signalqualität für die angeforderte Datenrate und unzureichende Priorität anzuzeigen, um sicherzustellen, dass hochwertige Daten zuverlässig rechtzeitig geliefert werden. Die negative CTS-Nachricht, die auf dem Reservierungskanal übertragen wird, wird von dem Modem ansprechend auf eine RTS-Nachricht erzeugt. Ein Vergleich wird zwischen dem eingehenden Prioritätswert in der CTS und dem minimalen akzeptablen Prioritätsniveau, das von den Netzwerkprotokollen gehalten wird, durchgeführt. Das Modem wird ebenfalls eine NCTS-Nachricht zurückgeben, wenn es eine unzureichende Signalqualität gibt, um einen erfolgreichen Empfang der Informationsnachricht zu unterstützen. Auf der Grundlage der von dem Modem aus der RTS-Nachricht extrahierten Kanalqualität wird eine Nachschlagetabelle bzw. Look-Up-Tabelle befragt, um zu bestimmen, ob eine Nachrichtenübertragung bei der angeforderten Datenrate erreicht werden kann. Falls nicht erwartet werden kann, dass die Nachricht erfolgreich vollendet wird, gibt die NCTS die resultierende Berechnung zurück, welche den Sender über die Datenrate informiert, bei welcher die Nachrichtenübertragung erfolgreich erreicht werden kann.
Die negative Bestätigungs- bzw. Acknowledgement-Nachricht (NACK) wird verwendet, um ein CRC-Versagen anzuzeigen. Die NACK wird von dem Zielknoten an den Quellknoten auf dem Datenkanal übertragen, welcher die Informationsnachricht trug. Eingebettet innerhalb der NACK-Nachricht ist die Kanalqualität, die extrahiert wurde. Diese Information wird verwendet, um signifikant die Erfolgswahrscheinlichkeit beim nächsten Versuch zu erhöhen, und zwar durch eine Veränderung in dem Frequenzband, Datenrate oder Leistungspegel.
In dem oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsbeispiel verwendet jeder Knoten einen primären Empfänger und einen sekundären Empfänger auf eine besondere Art und Weise, um sicherzustellen, dass der Reservierungskanal kontinuierlich während Perioden überwacht wird, wenn Kanalzugriffsreservierungsnachrichten (z.B. RTS-, CTS- und NCTS-Nachrichten) erwartet werden (d.h. zu allen Zeiten mit Ausnahme während einer Sendungs nachricht), und zwar durch Einstellen von einem aus der Gruppe des primären Empfängers und des sekundären Empfängers auf den Reservierungskanal. Während die Implementierung des beispielhaften Ausführungsbeispiels aus dem Gesichtspunkt der Minimierung von Leistungsverbrauch und der Leichtigkeit bzw. der Einfachheit des Übergangs zwischen Modemzuständen besonders vorteilhaft ist, wird verstanden werden, dass ein oder mehrere Sender und zwei Empfänger auf eine Vielzahl von Arten verwendet werden können, um eine kontinuierliches Überwachen des Reservierungskanals sicherzustellen. Zum Beispiel könnte ein Modem (Sendeempfänger) dem Reservierungskanal gewidmet werden, während ein anderes Modem (Sendeempfänger) verwendet werden könnte, um Informationsnachrichtübertragungen auf den Datenkanälen anzuhaben. Selbstverständlich würde dieser Ansatz die Verwendung eines zweiten Senders erforderlich machen.
Ein weiterer Ansatz würde darin bestehen, einen Empfänger dem Reservierungskanal zu widmen und den anderen Empfänger dem Datenkanal, während ein einzelner Sender verwendet wird, um Kanalzugriffsreservierungsnachrichten (RTS, CTS) auf dem Reservierungskanal und Informationsnachrichten auf den Datenkanälen zu übertragen. Dieser Ansatz könnte eine komplizierte Koordinierung zwischen dem Reservierungsempfänger und dem Sender erforderlich machen, um erfolgreiche RTS/CTS-Austausche sicherzustellen. Nichtsdestotrotz fallen diese und andere derartige Schemata, die zwei Empfänger verwenden, um sicherzustellen, dass ein Reservierungskanal kontinuierlich während Perioden überwacht wird, wenn Kanalzugriffsreservierungsnachrichten erwartet werden, innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung.
Wenn sie in einem trägerempfindlichen Mehrfachzugriff-/Kollisionsvermeidungs- bzw. Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance- (CSMA/CA) Schema verwendet werden, sehen der kontinuierlich überwachte Reservierungskanal, der sekundäre Empfänger und die daraus gewonnene Kanalzugriffsinformation eine verbesserte Kollisionsvermeidung vor, die ein signifikanter Sprung über die derzeitigen CSMA/CA Algorithmen, die in drahtlosen LANs verwendet werden, die unter dem IEEE802.11-Standard betrieben werden, ist. CSMA/CA, wie in dem IEEE802.11-Standard beschrieben, spricht die Verwendung von mehrfachen Kanälen für eine Gruppe nicht an. Die vorliegende Erfindung sieht die Fähigkeit vor, mehrfache Kanäle unter einer einzelnen Gruppe von Anwendern zu teilen, um eine signifikante Erhöhung in der Menge von Daten, die über ein einzelnes drahtloses LAN übertragen werden können, vor und sieht eine Erhöhung in der Zuverlässigkeit vor, die mit dem CSMA/CA-Protokoll erreicht werden kann. Die Hinzufügung des zweiten Empfängers, der kontinuierlich den Reservierungskanal überwacht, eliminiert nahezu Nachrichtkollisionen in Multi-Hop- bzw. Mehrsprung- mobilen Umgebungen. Der zusätzliche Empfänger hält Kanalzustands- und Nachbarzustandsinformationen als eine Funktion der Datenrate und Nachrichtenlänge. Das kontinuierliche Überwachen des Reservierungskanals durch den zweiten Empfänger gestattet den Empfang von allen Reservierungen, die stattfinden, während das primäre Modem mit einer Nachrichtenübertragung beschäftigt ist, und zwar entweder Übertragung bzw. Senden oder Empfang. Wie zuvor beschrieben, enthalten die RTS- und CTS-Nachrichten alle Informationen, die notwendig ist, um die Teilnehmer, Dauer und Datenkanal zu bestimmten, die durch den RTS/CTS-Austausch reserviert werden. Somit weiß jeder Knoten, wenn jeder Datenkanal beschäftigt bzw. belegt ist. Auf dieselbe Weise kennt jeder Knoten den Belegt-Status jedes Nachbarn. Diese Information wird verwendet, um Übertragungsversuche zu verzögern, bis eine geschlitzte Konfliktperiode folgend auf die Rückkehr eines Kanals und/oder eines Nachbars von belegt zu einem Frei-Status.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Konfliktintervall strukturiert, um sicherzustellen, dass Hochprioritätsnachrichten und Sprachverkehr vor routinemäßigen Dateiübertragungen gehandhabt werden, die zu einer späteren Zeit mit minimalen Nachteilen stattfinden können. Echtzeitsprachsegmente müssen innerhalb eines minimalen Zeitbetrags (Zehner von Millisekunden) übertragen werden, um übermäßige Verzögerungen in deren Empfang zu eliminieren (derartige Verzögerungen werden herkömmlicherweise bemerkt, wenn eine Satellitenverbindung bei einem Nachrichtenbericht von einem weit entfernten ausländischen Land verwendet wird). Das Gestatten, das ein langer Datenaustausch stattfindet, wenn eine Sprachnachricht wartet, erhöht diesen Verzögerungseffekt und verursacht Schwierigkeit bei der Koordination von Sprechern. Ein Konfliktintervall, bei dem ein Datenaustausch auf Sprachnachrichten oder anderen Verkehr mit höherer Priorität warten muss, verbessert dramatisch die Zuverlässigkeit und Verzögerungscharakteristiken des Sprachverkehrs und Verkehrs mit höherer Priorität.
Das Konfliktintervall wird erzeugt durch Zeitsteuerungsschlitze einer Dauer, die größer als die kombinierte Zeit ist, um eine RTS und CTS zu übertragen. Knoten die versuchen, Sprachnachrichten zu übertragen, wählen einen Schlitz in der Nähe des Anfangs des Konfliktintervalls und Knoten, die versuchen, Datennachrichten zu übertragen, wählen einen Schlitz in der Nähe des Endes. Die Zufallszugriffgelegenheiten in dem geschlitzten CSMA- Konfliktintervall dienen allen Anwendern auf eine förderliche Art und Weise. Die zufällige Natur stellt einen extrem schnellen Kanalzugriff und eine Kanaleffizienz sicher, und zwar auf Kosten einer minimalen Anzahl von Kollisionen. Diese Kollisionen werden schnell durch das CSMA/CA-Protokoll über den RTS/CTS-Mechanismus gelöst. Eine Kollision zwischen RTS-Übertragungen hat zur Folge, dass der Sender kein CTS empfängt. Das Fehlen eines CTS zeigt an, dass das RTS verfälscht worden sein kann und wird verursachen, dass die Verbindungsschichtprotokolle ein zufälliges Zurückhalten bzw. Back-off initiieren, um die Nachricht nach einer minimalen Verzögerung zu liefern. Diese zufälligen Zurückhalte- bzw. Back-off-Intervalle stellen statistisch sicher, dass die kollidierenden Parteien nicht das nächste Mal kollidieren, wenn sie eine Übertragung versuchen.
Das geschlitzte Konfliktintervall ist programmierbar in Bezug auf die Anzahl von Prioritätsniveaus und die Anzahl von Schlitzen pro Prioritätsklasse. Zum Beispiel kann ein Konfliktintervall erzeugt werden, bei dem die ersten fünf Schlitze für Knoten reserviert werden, die Sprachnachrichten zu übertragen haben. Die zweiten fünf Schlitze werden für Videonachrichten reserviert. Die dritten fünf Schlitze werden für Knoten mit Datennachrichten hoher Priorität reserviert und die letzten fünf Schlitze werden für Knoten mit Datennachrichten niedriger Priorität reserviert. Die Anzahl von Prioritätsniveaus und die Anzahl von Schlitzen pro Prioritätsniveau sind konfigurierbar, um die Notwendigkeiten eines bestimmten Netzwerks zu unterstützen. Zum Beispiel sollte ein Netzwerk mit Knoten, die keine Videoausrüstung besitzen, Schlitze für die Übertragung von Videosignalen nicht zuweisen. Obwohl der Knoten einen Standard- bzw. Defaultsatz von Schlitzzuweisungen bzw. -zuordnungen vorsehen wird, erlaubt die Fähigkeit die Schlitztabelle zu programmieren dem Anwender, die Leistung der Kanalzugriffsalgorithmen anzupassen, um spezifische Probleme, wie zum Beispiel Sprachpriorität, verbesserten Datendurchfluss und große Netze anzusprechen.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der minimalen Verzögerung, den Kanal zu besetzen. Immer wenn ein Kanal und ein beabsichtigter Nachbar nach der Statusinformation frei sind, wird ein Kanalzugriff für einen RTS-Versuch ohne Verzögerung gestattet. Falls der Nachbar belegt ist oder alle Kanalressourcen in Gebrauch sind, wird die Nachricht gemäß dem geschlitzten CSMA/CA-Algorithmus wie oben beschrieben übertragen.
Die verbesserte Kollisionsvermeidung, die durch den Reservierungskanal und den sekundären Empfänger der vorliegenden Erfindung vorgesehen wird, kann erkannt werden, indem empirische Kanalzugriffsstatistiken, die aus experimentellen Tests gesammelt wurden, die bei einer Anzahl von Übertragungsdatenraten durchgeführt wurden, vergleicht. 6 stellt den Prozentsatz der erfolgreich empfangenen RTS-Nachrichten für eine Mehrkanal- bzw. Multikanal-trägerempfindliches Mehrfachzugriffssystem mit Kollisionsvermeidung bzw. Multi-Channel Carrier Sense Multiple Access System mit Kollisionsvermeidung (MC-CSMA/CA) und für ein MC-CSMA/CA-System mit einer verbesserten Kollisionsvermeidung (MC-CSMA/E-CA), das durch den Reservierungskanal und den sekundären Empfänger der vorliegenden Erfindung vorgesehen wird, dar. Wie aus 6 offensichtlich ist, ist eine signifikant größere Anzahl von RTS-Nachrichtsversuchen für den Kanalzugriffsalgorithmus in der Abwesenheit von verbesserter Kollisionsvermeidung erforderlich. Verbesserungen in dem RTS-Vollendungsprozentsatz beeinflussen direkt die Zuverlässigkeit der Nachrichtübertragungen und somit des Leistungsvermögens des Netzwerks. Idealerweise würde ein Eins-zu-Eins-Verhältnis zwischen der Anzahl von RTS-Nachrichten und der Anzahl der übertragenen Informationsnachrichten existieren.
Die Verbesserungen im Leistungsvermögen, die von der Nachbarstatusinformation (Nachbarn, Kanäle und Übertragungsdauern) und dem sekundären Empfänger herrühren, sind gleichermaßen auffällig, wenn man die vergleichenden CTS- und Nachrichtvollendungsraten in den 7 und 8 betrachtet. In 7 sind die CTS-Vollendungsraten die Prozentsätze der CTS-Nachrichten, die vollendet wurde, wobei gegeben ist, dass die CTS-Nachricht gesendet wurde. Ähnlich sind in 8 die Nachrichtvollendungsraten die Prozentsätze von vollendeten Informationsnachrichten, wobei gegeben ist, dass die Informationsnachricht gesendet wurde. Der Graph der Informationsnachrichtvollendung in 8 zeigt, dass, wenn einmal einer Nachricht in dem verbesserten Schema Zugriff gestattet wurde, die Nachricht mit einer extrem hohen Vollendungsrate erfolgreich geliefert wird.
Einer der Schlüsselvorteile des verbesserten Kollisionsvermeidungsschemas der vorliegenden Erfindung besteht in der Fähigkeit Kanalzugriff auf mehrfach parallele Datenkanäle und einer Gruppe von Anwendern unter Verwendung von kontinuierlicher Überwachung eines Reservierungskanals unter Zuhilfenahme eines sekundären Empfängers. Weil jeder Knoten fähig ist, kontinuierlich den Reservierungskanal zu überwachen, weiß jeder Knoten genau welche Datenkanäle belegt sind und für wie lange und welche Nachbarknoten gegenwärtig belegt sind (mit einer Nachrichtenübertragung beschäftigt sind). Somit, während die vorliegende Erfindung im Zusammenhang eines CSMA/CA-Protokolls für drahtlose LANs beschrieben wurde, wird verstanden werden, dass die vorliegende Erfindung nicht protokollspe zifisch ist und auf irgendein Netzwerk oder Protokoll angewendet werden kann, dass von einem verbesserten Kanalzugriffsalgorithmus profitieren kann, welcher koordinierten Zugriff auf mehrfache parallele Datenkanäle, die unter einer Gruppe von Knoten geteilt werden, vorsieht. Somit kann zum Beispiel die vorliegende Erfindung potenziell in ALOHA-Schemata, geschlitzte ALOHA-Schemata, dynamische TDMA (Time Division Multiple Access bzw. Zeiteinteilungsmehrfachzugriff)-Schemata, CDMA (Code Division Multiple Access bzw. Codeeinteilungsmehrfachzugriff)-Schemata und CDMA/CA-Schemata angewendet werden, um einige zu nennen. Außerdem muss das Netzwerk, auf das die vorliegende Erfindung angewendet wird, nicht ein drahtloses lokales Netzwerk sein; die vorliegende Erfindung kann in Netzwerken unterschiedlicher Größe und Netzwerken, die Kommunikationskanäle über irgendeinen Typ oder eine Kombination von Übertragungsmedien, die Draht, Kabel, optische Faser und drahtlos aufweisen, aber nicht darauf beschränkt sind, verwendet werden.
Nachdem die bevorzugten Ausführungsbeispiele von neuen und verbesserten Verfahren und Vorrichtungen zum Koordinieren von Kanalzugriff auf geteilte parallele Datenkanäle beschrieben wurden, glaubt man, dass andere Modifikationen, Variationen und Veränderungen Fachleuten angesichts der hier ausgeführten Lehre vorgeschlagen werden. Es wird deshalb verstanden, dass alle derartigen Variationen, Modifikationen und Veränderungen innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung, wie er durch die beigefügten Patentansprüche definiert wird, fallen. Obwohl spezifische Ausdrücke hier verwendet werden, werden sie lediglich in einem generischen und beschreibenden Sinn und nicht zum Zwecke der Beschränkung verwendet.

Claims

Ein Kommunikationsknoten (A'), der in einem Netzwerk betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Knoten (A', B', C', D') des Netzwerks über mehrere geteilte parallele Datenkanäle kommunizieren, und dadurch, dass der Kommunikationsknoten (A') folgendes aufweist: einen primären Empfänger und einen sekundären Empfänger, wobei wenigstens einer der primären und sekundären Empfänger auf die mehrfachen geteilten Datenkanäle einstellbar ist, um Informationsnachrichten von anderen Knoten zu empfangen, und wobei wenigstens einer der primären und sekundären Empfänger auf einen gesonderten Reservierungskanal einstellbar ist, um Kanalzugriffsreservierungsnachrichten zu überwachen, die zwischen Knoten auf dem Reservierungskanal ausgetauscht werden; wobei der Kommunikationsknoten (A') kontinuierlich den Reservierungskanal während Perioden überwacht, wenn Kanalzugriffsreservierungsnachrichten erwartet werden, indem einer von dem primären Empfänger und dem sekundäre Empfänger auf den Reservierungskanal eingestellt wird, und wobei der Kommunikationsknoten (A') einen Verfügbarkeitsstatus von jedem Nachbarknoten und jedem der mehrfachen geteilten Datenkanäle hält, der aus den Kanalzugriffsreservierungsnachrichten, die auf dem Reservierungskanal durch den primären Empfänger oder den sekundären Empfänger empfangen wurden, bestimmt wird.
Der Kommunikationsknoten (A') nach Anspruch 1, wobei Kanalzugriffsreservierungsnachrichten während der Übertragung einer Sendungsnachricht auf einem der mehrfachen geteilten Datenkanäle nicht erwartet werden, und weder der primäre Empfänger noch der sekundäre Empfänger den Reservierungskanal überwacht, wenn der primäre Empfänger dabei ist, eine Informationsnachricht auf einem der geteilten Datenkanäle zu übertragen und der sekundäre Empfänger gleichzeitig die Sendungsnachricht auf einem anderen der geteilten Datenkanäle empfängt.
Der Kommunikationsknoten (A') nach Anspruch 1 oder 2, wobei, wenn der primäre Empfänger auf den Reservierungskanal eingestellt ist, der sekundäre Empfänger deaktiviert ist, und wenn der primäre Empfänger auf einen der mehrfachen geteilten Datenkanäle eingestellt ist, der sekundäre Empfänger aktiviert und auf den Reservierungskanal eingestellt ist, so dass der Reservierungskanal kontinuierlich durch einen von dem primären Empfänger und dem sekundären Empfänger überwacht wird, wenn Kanalzugriffsreservierungsnachrichten erwartet werden.
Der Kommunikationsknoten (A') nach einem der Ansprüche 1 bis 3, der ferner ein primäres Modem aufweist, dass einen primären Sender und den primären Empfänger aufweist, wobei der primäre Sender fähig ist, Kanalzugriffsreservierungsnachrichten auf dem Reservierungskanal und Informationsnachrichten auf den Datenkanälen zu übertragen.
Ein Kommunikationsnetzwerk, gekennzeichnet durch: eine Gruppe von Knoten (A', B', C', D'), wobei jeder einen primären Empfänger und einen sekundären Empfänger aufweist; einen gesonderten Reservierungskanal zum Übertragen von Kanalzugriffsreservierungsnachrichten zwischen Knoten (A', B', C', D'); und eine Vielzahl von parallelen Datenkanälen zum Übertragen von Informationsnachrichten zwischen Knoten (A', B', C', D'), wobei jeder Knoten (A', B', C', D') kontinuierlich den Reservierungskanal während Perioden, wenn Kanalzugriffsreservierungsnachrichten erwartet werden, überwacht, indem einer von dem primären Empfänger und dem sekundären Empfänger auf den Reservierungskanal eingestellt wird, und wobei die Knoten (A', B', C', D') die Übertragung von Informationsnachrichten auf den Datenkanälen gemäß einem Verfügbarkeitsstatus jedes Nachbarknotens und jedem der Datenkanäle koordinieren, wobei der Verfügbarkeitsstatus an jedem Knoten (A', B', C', D') aus den auf dem Reservierungskanal von dem primären Empfänger oder dem sekundären Empfänger empfangenen Kanalzugriffsreservierungsnachrichten bestimmt wird.
Das Netzwerk nach Anspruch 5, wobei Kanalzugriffsreservierungsnachrichten während der Übertragung einer Sendungsnachricht auf einem der Datenkanäle nicht erwartet werden, und weder der primäre Empfänger noch der sekundäre Empfänger jedes Knotens (A', B', C', D') den Reservierungskanal überwacht, wenn der primäre Empfänger dabei ist, eine Informationsnachricht auf einem der Datenkanäle zu übertragen, und der sekundäre Empfänger gleichzeitig die Sendungsnachricht auf einem anderen der Datenkanäle empfängt.
Das Netzwerk nach Anspruch 5 oder 6, wobei, wenn der primäre Empfänger eines Knotens (A', B', C', D') auf den Reservierungskanal eingestellt ist, der sekundäre Empfänger des Knotens (A', B', C', D') deaktiviert ist, und wenn der primäre Empfänger des Knotens (A', B', C', D') auf einen der Datenkanäle eingestellt ist, der sekundäre Empfänger des Knotens (A', B', C', D') aktiviert und auf den Reservierungskanal eingestellt ist, so dass der Reservierungskanal kontinuierlich durch einen von dem primären Empfänger und dem sekundären Empfänger überwacht wird, wenn Kanalzugriffsreservierungsnachrichten erwartet werden.
Das Netzwerk nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei jeder Knoten (A', B', C', D') ferner ein primäres Modem aufweist, dass einen primären Sender und den primären Empfänger aufweist, wobei der primäre Sender fähig ist, Kanalzugriffsreservierungsnachrichten auf dem Reservierungskanal und Informationsnachrichten auf den Datenkanälen zu übertragen.
Ein Verfahren zum Koordinieren von Kanalzugriff, dadurch gekennzeichnet, dass Kanalzugriff auf eine Vielzahl von parallelen Datenkanälen, die unter eine Gruppe von Netzwerkknoten (A', B', C', D') geteilt werden, koordiniert wird, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: (a) Austauschen von Kanalzugriffsreservierungsnachrichten zwischen Knoten (A', B', C', D') auf einem gesonderten Reservierungskanal, um Kanalzugriff auf Datenkanäle, auf denen Informationsnachrichten zwischen Knoten (A', B', C', D') übertragen werden, zu reservieren; (b) kontinuierliches Überwachen des Reservierungskanals bei jedem Knoten (A', B', C', D') während Perioden, wenn Kanalzugriffsreservierungsnachrichten erwartet werden, indem einer von einem primären Empfänger jedes Knotens und einem sekundärer Empfänger jedes Knotens (A', B', C', D') auf den Reservierungskanal eingestellt wird; (c) Halten bei jedem Knoten eines Verfügbarkeitsstatus jedes Nachbarknotens und jedes der Datenkanäle, wobei der Verfügbarkeitsstatus aus den Kanalzugriffsreservierungsnachrichten, die auf dem Reservierungskanal durch den primären Empfänger oder den sekundären Empfänger empfangen wurden, bestimmt wird; und (d) Koordinieren der Übertragung von Informationsnachrichten zwischen Knoten (A', B', C', D') auf den Datenkanälen gemäß dem Verfügbarkeitsstatus der Knoten (A', B', C', D') und der Datenkanäle.
Das Verfahren nach Anspruch 9, wobei Kanalzugriffsreservierungsnachrichten während der Übertragung einer Sendungsnachricht auf einem der Datenkanäle nicht erwartet werden, und weder der primäre Empfänger noch der sekundäre Empfänger jedes Knotens den Reservierungskanal überwacht, wenn der primäre Empfänger dabei ist, eine Informationsnachricht auf einen der Datenkanäle zu übertragen und der sekundäre Empfänger gleichzeitig die Sendungsnachricht auf einem anderen der Datenkanäle empfängt.
Das Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei, wenn der primäre Empfänger eines Knotens (A', B', C', D') auf den Reservierungskanal eingestellt ist, der sekundäre Empfänger des Knotens (A', B', C', D') deaktiviert ist, und wenn der primäre Empfänger des Knotens (A', B', C', D') auf einen der Datenkanäle eingestellt ist, der sekundäre Empfänger des Knotens (A', B', C', D') aktiviert und auf den Reservierungskanal eingestellt ist, so dass der Reservierungskanal kontinuierlich durch einen von dem primären Empfänger und dem sekundären Empfänger überwacht wird, wenn Kanalzugriffsreservierungsnachrichten erwartet werden.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei jeder Knoten (A', B', C', D') ein primäres Modem aufweist, dass einen primären Sender und den primären Empfänger aufweist, wobei das Verfahren ferner folgendes aufweist: Verwenden des primären Senders, um Kanalzugriffsreservierungsnachrichten auf dem Reservierungskanal und Informationsnachrichten auf den Datenkanälen zu übertragen.