DE69034229T2

DE69034229T2 - Paketdatenübertragungssystem

Info

Publication number: DE69034229T2
Application number: DE69034229T
Authority: DE
Inventors: LaRoy Palo Alto Tymes
Original assignee: Symbol Technologies LLC
Current assignee: Symbol Technologies LLC
Priority date: 1989-06-29
Filing date: 1990-04-09
Publication date: 2007-05-31
Anticipated expiration: 2010-04-10
Also published as: JPH0338133A; AU5808090A; DE69030936D1; EP0770962A2; EP0770962A3; EP0770962B1; EP0405074A3; JP2506481B2; DE69030936T2; EP0405074B1; EP0405074A2; AU627333B2; US5029183A; DE69034229D1; CA1310370C

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf Datenkommunikationssysteme und insbesondere auf ein HF-Paketkommunikationssystem, bei dem eine Anzahl von entfernten Einheiten Daten an einen Zentralcomputer schickt, und zwar über dazwischen angeordnete Basisstationen.
Strichcodeleser, die in Verkauf oder Handelseinrichtungen verwendet werden, sind üblicherweise über eine physikalische Verdrahtung bzw. Verkabelung mit einem Zentralcomputer verbunden. Diese Verbindung ist geeignet für permanent angebrachte Strichcodeleser, wie sie zum Beispiel bei Supermarktkassen verwendet werden, oder für handgehaltene Scanner oder Handleser bzw. Stiftleser, die an ähnlichen festen Orten verwendet werden. Wenn jedoch ein Strichcodeleser durch eine Person verwendet wird, die sich in einem Gebäude bewegt oder wenn temporäre Installationen verwendet werden, ist eine physikalische Verkabelung nicht geeignet, oder zumindest nicht bequem bzw. aufwendig. Eine Hochfrequenz (HF) Verbindung kann verwendet werden, um Daten von einem handgehaltenen Barcodescanner zu einer zentralen Station oder einem lokalen Weiterleitungspunkt zu senden. Die HF-Verbindungen, die jedoch bisher für diesen Zweck verfügbar waren, besaßen Eigenschaften, die sie teuer und aufwendig bzw. ungeeignet machten. Diese HF-Verbindungen verwendeten typischerweise Hochfrequenzbänder, welche eine F.C.C. Lizensierung für jede Einrichtung benötigten, was die Kosten und den Verwaltungsaufwand erhöhten. Die HF-Bauteile, die bei dieser Art von Gerät verwendet wurden, müssen von hoher Präzision sein, so daß eine Frequenzabweichung und Bandbreitenüberlauf innerhalb der F.C.C. Toleranzen gehalten wird. Zusätzlich hat der Batterieverbrauch entweder große schwere Batterien oder häufiges Aufladen oder beides notwendig gemacht. Die HF-Übertragungsverfahren, die zuvor verwendet wurden, haben auch die Anzahl der tragbaren Terminals begrenzt, die innerhalb eines vorgegebenen Bereichs verwendet werden konnten, infolge der Verwendung einer relativ schmalen Bandbreite. Beispiele von Strichcodelesern, welche lokale HF-Datenverbindungen verwendeten, umfassen tragbare Terminals, die im Handel verfügbar sind von den folgenden Firmen: MSI Data Corporation, Vectran Coporation, LXE-Corporation, Noran Corporation und Telxon Corporation. Tragbare Strichcodeleser mit Langstrecken HF-Verbindungen sind verfügbar von Mobil Data International und von Motorola, Inc. (das KDX1000).
Innenraum-HF-Kommunikationsnetzwerke des Sprachtyps wurden vorgeschlagen, wie zum Beispiel das gemäß US-A-4 789 983 für "Wireless Network for Wideband Indoor Communications" oder US-A-4 639 914 für "Wireless PBX/LAN System".
Die entfernten Terminals bei diesen bekanmten Systemen sind zu jeder Zeit adressierbar, d. h. sie sind immer aktiviert, so daß die Leistungsanforderungen durch diese Eigenschaft bestimmt werden. Zusätzlich haben diese bekannten Systeme HF-Frequenzbänder verwendet, welche eine F.C.C. Lizensierung für individuelle Verwender benötigte. Aus diesen Gründen waren bekannte Systeme dieses Typs zu teuer und auch sonst ungeeignet für die vorliegenden Zwecke.
Spread-Spectrum drahtlose Übertragung ist in der Lage, ein Band zu verwenden, welches als ein "unlizensiertes" Band durch die F.C.C. designiert ist, und somit spielt die Lizensierung keine Rolle und die Verwendung von Spread-Spectrum-Techniken ermöglicht, daß die Übertragung in einer verläßlichen Art und Weise durchgeführt wird, obwohl dieses Band Interferenzen durch die vielen unterschiedlichen Verwender ausgesetzt ist. In der US-A-4 672 658 ist ein System gezeigt, bei dem jeder separate Benutzer-Transceiver oder -Sender/Empfänger mit einem separaten Transceiver oder Sender/Empfänger an dem zentralen PBX abgestimmt ist und jedes dieser abgestimmten Paare überträgt mit einer direkten Sequenz eines Spread-Spectrums-Aufteilungs- bzw. – Chippingmusters. Ein separater Anrufaufbau-Transceiver oder -Sender/Empfänger mit einem gemeinsamen direkten Sequenz-Aufteilungs- bzw. Stückelungsmuster wird verwendet zum Austausch von Information, die beim Aufbau eines Anrufs bzw. einer Verbindung beinhaltet ist. Wie bei den obigen Systemen benötigt dieses System eine kontinuierliche Überwachung der HF-Bänder durch alle Transceiver oder Sender/Empfänger und es ist ein sprachorientiertes System, welches variierende Zeitperioden zum Aufrechterhalten von Verbindungen benötigt, sowie eine Verbindung von Benutzer zu Benutzer anstatt von Benutzer zu einer Zentralstation benötigt. Ein weiteres Beispiel der Verwendung eines Spread-Spectrums in einer lokalen HF-Verbindung ist ein Gebrauch- bzw. Verbrauchsmeßlesesystem, bei dem ein Nutzfahrzeug, das an einem Haus vorbeifährt, einen Leser über eine CW- bzw. -Dauerstrichübertragung aktiviert und dann Daten von dem Leser empfängt.
Drahtlose Datenverbindungen, die zwischen einem Zentralcomputer und mehreren entfernten Terminals, die innerhalb eines Gebäudes angeordnet sind, welche Direktsequenz-Spread-Spectrum-Techniken verwenden, um Multipfadinterferenzen zu überwinden, sind durch Freret et al NTC-Record, November 1980, beschrieben, aber diese Systems verlassen sich wieder auf einen kontinuierlichen Betrieb der tragbaren Einheiten und sie erzeugen Anforderungen an die HF-Schaltung in den entfernten Einheiten, was einen komplexen und teueren Aufbau zur Folge hat.
In US-A-4 740 792 ist ein Datenübertragungssystem dargestellt, welches Spread Spectrum-HF verwendet, bei dem Fahrzeuge mit einem Transmitter oder Sender, aber nicht mit einem Receiver oder Empfänger versehen sind und bei dem der Ort jedes Fahrzeugs periodisch an eine Zentralstation berichtet wird über ein übertragenes Paket. Der Sender wird nur über ein sehr begrenztes Tastverhältnis mit Leistung versorgt, so daß der Batterieverbrauch minimiert wird. Dieses System besitzt nicht die Fähigkeit Daten von einer Zentralstation zu einem der Fahrzeuge zu senden oder zu erlauben, daß der Sender des Fahrzeugs ein Bestätigungssignal empfängt, das den Empfang der übertragenen Daten anzeigt.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes kostengünstiges, geringe Energie verbrauchendes Datenkommunikationsnetzwerk vorzusehen, bei dem eine Anzahl von entfernten Terminaleinheiten in der Lage sind, Datenpakete an eine Zentralstation zu senden und Bestätigungssignale und Daten von der Zentralstation zu empfangen, und zwar vorzugsweise ein Netzwerk, welches eine HF-Verbindung oder ähnliches verwendet, so daß sich die entfernten Einheiten frei innerhalb eines Bereichs, der durch das Netzwerk abgedeckt werden soll, bewegen können. Ein weiteres Ziel liegt in dem Vorsehen eines verbesserten Paketübertragungsnetzwerks, bei dem entfernte Terminaleinheiten kostengünstig sind, geringe Eenrgie verbrauchen und eine kleine Größe besitzen, und trotzdem verläßlich sind und schnell ansprechen, wie es in einer Handelseinrichtung (typischerweise in einem Innenraum) die Strichcodescanner oder ähnliches zur Datensammlung verwenden, benötigt wird. Ein weiteres Ziel liegt in dem Vorsehen eines verbesserten Protokolls zur Verwendung in einem Datenpaketübertragungsnetzwerk, welches einen verläßlichen Betrieb, einen geringen Leistungsverbrauch und die Implementierung kostengünstiger Terminals ergibt. Ein besonderes Ziel liegt darin, eine HF-Datenverbindung für tragbare Terminals ohne eine Lizensierung unter F.C.C.-Regeln vorzusehen, so daß die Kosten und Verzögerungen, die mit einer solchen Lizensierung zusammenhängen, eliminiert oder minimiert werden.
US-A-4,689,786 offenbart ein örtliches Netzwerk mit Vorrichtungen und Verfahren zur Datenübertragung zwischen mehreren Datenverarbeitungsgeräten ("Teilnehmern"), welche an ein Kabel gekoppelt sind. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist eine Vielzahl von Teilnehmern an ein gemeinsames Kabel gekoppelt zur Datensendung und zum Datenempfang. Ein neu an das Kabel gekoppelter Teilnehmer ordnet sich selbst dynamisch eine besondere Adresse an dem Kbel zu, an die andere Teilnehmer Daten senden können. Sobald sich ein Teilnehmer eine endgültige Adresse zugeordnet hat, kann er über das Kabel Daten an andere Teilnemer senden und von diesen emfpangen. Zum Senden von Daten an einen empfangenden Teilnehmer führt der sendende Teilnehmer eine dreistufige Handshake-Operation aus, bei der der sendende Teilnehmer ein "RTS"-Signal sendet und innerhalb einer vorgegebenen Zeit ein "CTS"-Signal von dem empfangenden Teilnehmer erhalten muß. Der sendende Teilnehmer sendet daraufhin einen Datenrahmen innerhalb einer vorgegebenen Zeit nach Empfang des CTS-Signals. Das Fehlen eines rücklaufenden CTS-Signals innerhalb der vorgegebenen Zeit bedeutet einen Kollisionszustand. Bei einem erneuten Sendeversuch wird von einem linearen Back-Off-Verfahren Gebrauch gemacht, das auf der Basis der vorhergehenden Kabelverkehrshistorie eingestellt wird.
US-A-4,697,281 offenbart ein zelluläres Telephondatenkommunikationssystem und -verfahren, das die Verwendung einer mobilen Datenverarbeitungsschnittstelle und einer damit zusammenarbeitenden statischen bzw. stationären Datenverarbeitungsschnittstelle umfasst, um Daten effektiv über eine zellulären Telephonsystem zu übertragen. Jede Datenverarbeitungsschnittstelle umfasst einen Prozessor, der in dem Sendemodus derart funktioniert, daß er ein Fehlersteuerkorrekturdatenformat zu Daten hinzufügt, die von einer externen Datenquelle empfangen wurden. Die Daten werden in Pakete geteilt und an ein Modem geliefert, das in einzigartiger Weise betrieben wird, um die Wirkung des Modem-Verwürfelungs-Systems zu eliminieren und trotz eines Trägersignalverlustes aktiv zu bleiben. Das Modem wird deaktiviert oder getrennt durch eine Trenn-Signal von dem Prozessor, und wenn Trägersignalverlust auftritt, wird dieses Trenn-Signal erst nach Vergehen einer Verzögerungsperiode geliefert, und zwar ohne Wiederaufnahme des Trägersignals. Das Fehlersteuerkorrekturdatenformat verursacht, daß ein Empfänger die empfangenen Daten hinsichtlich Fehlern auswertet und für jedes akzeptable Paket von empfangenen Daten erneut ein Bestätigungssignal sendet. Bei Fehlen eines Bestätigungssignals, liefert der Prozessor wieder ein Datenpaket zu dem Modem für erneute Übertragung. Auch wird der Prozessor die Frequenz des Fehlers in den empfangenen Daten aus den Bestätigungssignalen bestimmen und nachfolgend die Datenpaketgröße gemäß dieser Fehlerfrequenz einstellen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der Erfindung sind ein Verfahren und ein System zum Übertragen von Datenpaketen vorgesehen, wie sie in den beigefügten Ansprüchen beschrieben sind. Ein Datenpaketkommunikationssystem umfasst eine Anzahl von entfernten Terminaleinheiten zum Sammeln von Daten und eine Kommunikationsverbindung zum Versenden von in Paketform gebrachten Daten an eine Zentralstation und zum Empfangen eines Bestätigungs- bzw. Anerkennungssignals und Daten von der Zentralstation. Ein Paketaustauschprotokoll wird für diese Kommunikationsverbindung verwendet, das einen reduzierten Leistungsverbrauch an der entfernten Einheit vorsieht durch Aktivieren der Empfangsfunktion für nur eine kurze Zeit anstelle der Notwendigkeit, daß die entfernte Einheit zu jedem Zeitpunkt empfängt oder "hört". Hierfür baut das Austauschprotokoll ein starres Zeitfenster auf, das an eine Übertragung durch die entfernte Einheit gebunden ist, und die entfernte Einheit spricht auf eine Nachricht von der Zentralstation nur während dieses Zeitfensters an. Dieses Zeitfenster wird derart definiert, daß es zu einer festen Zeitverzögerung nach einer Übertragung von der entfernten Einheit an die Zentralstation beginnt; zu allen anderen Zeiten ist der Empfänger nicht mit Leistung versorgt. Bei diesem Protokoll kann die Zentralstation keine Paketübertragung an eine entfernte Einheit initiieren, stattdessen muß sie warten, bis die entfernte Einheit ein übertragenes Paket geschickt hat, und dann kann die Zentralstation in dem starren Zeitfenster antworten, indem sie an das Bestätigungssignal die Daten anhängt, die sie an die entfernte Einheit übertragen will. Die entfernten Einheiten sind kostengünstige handgehaltene Einheiten in einem Ausfürhungsbeispiel und somit besitzen sie eine geringere Rechnerkapazität als die Zentralstation und der Leistungsverbrauch muß minimiert werden. Demgemäß erlaubt die Verwendung dieses Protokolls, das die Empfangsfunktion und die Rechnerfunktion, die notwendig ist zum Decodieren der empfangenen Daten, durch die entfernte Einheit geplant bzw. gemanaged wird anstelle daß die entfernte Einheit an die Zentraleinheit gebunden ist bzw. von dieser abhängig ist.
In einem darstellenden Ausführungsbeispiel umfaßt die Zentralstation eine Anzahl von Basisstationen, die in unterrschiedlichen Räumen oder Bereichen angeordnet sind, wobei alle Basisstationen mit einem Zentralcomputer verbunden sind, und zwar entweder über eine Kabelverbindung oder eine ähnliche Hochfrequenzverbindung. Zu jedem gegebenen Zeitpunkt ist eine entfernte Einheit nur einer die ser Basisstationen zugewiesen und während sich die entfernte Einheit umherbewegt, wird sie einer anderen Basisstation zugewiesen. Ein Merkmal des Protokolls ist es, eine ID-Nummer für die entfernte Einheit in dem übertragenen Paket aufzunehmen und diese ID-Nummer in dem Antwortpaket aufzunehmen, so daß eine Bestätigung durch eine zugewiesene Basisstation bestätigt wird. Es muß aber keine Adresse oder ID der Basisstation in dem Protokoll zur Komunikation mit den entfernten Einheiten vorhanden sein, da eine entfernte Einheit nur einer Basisstation zugewiesen ist und die Basisstation nur als eine Verbindungsleitung mit dem zentralen Computer dient.
Die entfernten Terminaleinheiten sind in einem Ausführungsbeispiel handgehaltene Strichcodeleser und diese Einheiten sind mit einer Zentralstation gekoppelt über eine HF-Verbindung, so daß der Verwender frei ist, sich in dem Netzwerkbereich zu bewegen. Normalerweise ist das Datenpaket, das von der entfernten Einheit verschickt wird, das Resultat eines eingescanten Strichcodesymbols. Die Anwort von der Zentralstation wäre in diesem Fall eine Bestätigung oder Verifizierung der Strichcodeinformation oder Instruktionen an den Benutzer oder Verwender darüber, was mit dem Paket, das durch die handgehaltene Einheit gescant wurde, gemacht werden soll.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel verwendet die HF-Verbindung eine Spread-Spectrum-Modulationstechnik, um Datenpakete von den entfernten Terminals zu den Basisstationen und zurück zu verschicken. Spread-Spectrum-Verfahren verwenden eine übertragene Bandbreite, die viel breiter ist als die für die Daten benötigten, indem eine codierte Funktion zu den Daten hinzugefügt wird, dann wird das empfangene Signal decodiert und in die Originalinformationsbandbreite zurückgebracht. Ein besonderer Vorteil dieser Art einer HF-Datenverbindung ist, daß ein Band verwendet werden kann, welches keine Standortlizen sierung durch die F.C.C. benötigt und trotzdem eine verläßliche kostengünstige Kommunikation von einer leichtgewichtigen handgehaltenen batteriebetätigten Einheit ermöglicht.
Ein wichtiges Merkmal ist die Verwendung der Decodierung eines anfänglichen Synchronisierungsteils des Pakets in einer Direktsequenz-Spread-Spectrum-Übertragung, um einen Qualitätsfaktor zu erzeugen zur Verwendung in der Bestimmung, welche Basisstation mit welcher entfernten Einheit zusammenarbeiten sollte. Die Spread-Spectrum-Übertragung enthält eine erhebliche Redundanz (jedes Bit wird ausgebreitet bzw. verteilt, um eine Anzahl von Bits zu erzeugen) und somit kann ein empfangenes Paket selbst in einer lauten bzw. verrauschten Umgebung verwendet werden, in der alle decodierten Bits (vor dem Zusammenführen bzw. dem Entspreaden) nicht gültig sind. Durch Aufzeichnung des Grads, mit dem das ankommende Paket von einer entfernten Einheit mit dem Pseudozufallscode korreliert, der verwendet wird, um Spread-Spectrum Signale zu erzeugen, und durch Vergleichen dieser Daten mit denen, die von anderen Basisstationen empfangen wurden, kann die beste Station ausgewählt werden, während die Kommunikationen bzw. Verbindungen ununterbrochen weiterlaufen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Merkmale, die für die Erfindung als charakteristisch angesehen werden, sind in den Ansprüchen enthalten. Die Erfindung selbst sowie andere Merkmale und Vorteile davon können jedoch am besten unter Bezugnahme auf die detaillierte Beschreibung eines spezifischen Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung verstanden werden; in der Zeichnung zeigt:
1 ein elektrisches Diagramm in Blockform eines Datenpaketkommunikationssystems gemäß einem Ausführunsbeispiel der Erfindung;
2 ein Zeitsteuerdiagramm, welches Vorfälle (HF-Übertragung) abhängig von Zeit über eine Datenübertragungssequenz in dem System gemäß 1 zeigt;
3 ein detaillierteres elektrisches Schemadiagramm in Blockform des Hostcomputers und einer der Basisstationen in dem System gemäß 1;
4 ein detaillierteres elektrisches Schemadiagramm in Blockform eines der entfernten Terminals in dem System gemäß 1;
5 eine Schnittansicht einer handgehaltenen Barcodescannereinheit, die als der entfernte Terminal gemäß ein Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet werden kann;
5a eine bildliche Ansicht eines anderen Typs eines Strichcodelesers, der als der entfernte Terminal anstelle des Laserscanners in 5 verwendet werden kann, und zwar gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
6 eine Ansicht eines Teils eines Strichcodesymbols, das durch die entfernte Einheit der 4 und 5 oder 5a gelesen wird, und eines Zeitsteuerdiagramms des dadurch erzeugten elektrischen Signals;
7 eine auseinandergezogene Ansicht eines Teils des Zeitsteuerdiagramms gemäß 2;
8a–8c Zeitsteuerdiagramme, die Vorfälle abhängig von der Zeit zeigen, die in dem System gemäß den 1 und 3–6 unter Verwendung des Protokolls der 2 und 7 auftreten;
9 ein elektrisches Schemadiagramm der Schaltung des Sender/Empfängers in der entfernten Einheit gemäß 4;
10 eine elektrisches Schemadiagramm der Schaltung des Senders/Empfängers in einer Basisstation des Systems der 1 und 3;
11 ein Logikflußdiagramm eines Algorithmus, der durch die CPU in einer entfernten Terminaleinheit der 1, 4 und 9 ausgeführt werden kann, und zwar für ein System gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung eines spezifischen Ausführungsbeispiels.
Gemäß 1 ist ein Datenkommunikationsnetzwerk gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Ein Hostprozessor 10 ist über eine Kommunikationsverbindung 11 mit einer Anzahl von Basisstationen 12 und 13 verbunden; andere Basisstationen 14 können mit dem Host gekoppelt sein über die Basisstationen 12 oder 13, und zwar über eine HF-Verbindung. Jede der Basisstationen 12, 13 oder 14 ist über eine Hf-Verbindung mit einer Anzahl von entfernten Einheiten 15 verbunden bzw. gekoppelt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die entfernten Einheiten 15 Laserscannerstrichcodeleser des handgehaltenen batteriebetriebenen Typs, wie sie beispielsweise in den US-Patenten 4 387 297; 4 409 470 oder 4 760 248, die alle Symbol Technologies Inc. zugewiesen sind, offenbart sind. Unterschiedliche Arten von entfernten Terminals können vorteilhafterweise in einem System, welches die Merkmale der Erfindung besitzt, verwendet werden; die entfernten Terminals würden normalerweise Dateneingabemöglichkeiten, wie zum Beispiel eine Tastatur oder ähnliches sowie eine Anzeige (oder einen Drucker) besitzen, und zwar um einen Benutzer Information anzuzeigen, die detektiert, übertragen und/oder durch diesen Terminal 15 empfangen wurde. Bei diesem Ausführungsbeispiel, das als ein darstellende Beispiel verwendet wird, können zwischen einer bis vierundsechzig Basisstationen 12, 13 und 14 (von denen drei in der Figur gezeigt sind) und bis zu mehreren hundert entfernten Einheiten 15 vorgesehen sein, natürlich kann das Netzwerk ausgedehnt werden, indem einfach die Größe der Adressenfelder und ähnliches in dem digitalen System verwendet wird, und zwar je nach der Notwendigkeit, aber ein Begrenzungsfaktor ist der HF-Verkehr und die damit zusammenhängenden Verzögerungen beim Warten auf einen ruhigen Kanal. Dieses Kommunikationsnetzwerk, wie es in 1 zu sehen ist, würde üblicherweise in einer Herstellungseinrichtung, einem Bürogebäudekomplex, einem Warenhaus, einer Verkaufseinrichtung oder ähnlichen Handelseinrichtungen ober einer Kombination dieser Einrichtungen verwendet werden, in denen Strichcodeleser oder ähnliche Datensammelterminals 15 verwendet würden für Inventarkontrolle im Lager oder Empfangs/Verschiffungseinrichtungen, an Kassen (point of sale), zum Lesen von Formularen oder Rechnungen oder ähnlichen, für Personalsicherheitsprüfungen an den Eingängen oder anderen Checkpunkten, Zeit- bzw. Stechuhren für Herstellungs- oder Verarbeitungsflußsteuerung und vielen anderen solcher Verwendungen. Obwohl handgehaltene laserscannartige Strichcodeleser genannt sind, können die Datenterminals 15 auch Strichcodeleser des Handleser- bzw. Stifttyps sein und sie können auch stationäre Leser statt handgehaltene Leser sein. Die Vorrichtung kann auch des optischen Zeichenerkennungstyps (OCR = optical character recognition) sein. Andere Typen von Datensammeleinrichtungen bzw. Vorrichtungen können die Merkmale der Erfindung verwenden, wie zum Beispiel Temperatur oder Druckmeßvorrichtungen, Vorfallzähler, sprach- und klangaktivierte Vorrichtungen, Eindringdetektoren usw.
Gemäß einem wichtigen Merkmal eines Ausführungsbeispiels der Erfindung umfaßt ein HF-Paketkommunikationsprotokoll zwischen den entfernten Einheiten 15 und den Basisstationen 12, 13, und 14 einen Sende/Empfangsaustausch, der nachfolgend einfach als ein "Austausch" bezeichnet wird.
Dieses Protokoll ist ähnlich zu einem Kollisionsabfühlmultipleaccess (CSMA = collision-sens multiple-access) dahingehend, daß eine Einheit zuerst zuhört, bevor sie überträgt und nicht überträgt, wenn der Kanal nicht frei ist. Wie in 2 zu sehen ist, beginnt dieser Austausch immer mit einem übertragenen Paket 17 von der entfernten Einheit zu der Basis, die eine HF-Übertragung von einer entfernten Einheit 15 darstellt, die durch die Basistationen innerhalb des Bereiches empfangen werden. Dem übertragenen Paket 17 folgt nach einem festen Zeitintervall ein übertragenes Paket 18 von der Basis zur entfernten Einheit, das den Empfang durch die entfernte Einheit 15 aus HF-Information darstellt, die durch die Basisstation, welche die bestimmte entfernte Einheit 15 bedient, übertragen wird. Jedes dieser Pakete 17 und 18 besitzt ein festes Timing; ein Sender/Empfänger in einer entfernten Einheit 15 beginnt einen Austausch auf Grund eigener Initiative, indem er zuerst für ein kurzes Intervall t₀ (typischerweise 0,3 msec) auf anderen Verkehr bzw. andere Kommunikationen hört, und wenn der HF-Kanal frei ist, beginnt er eine Übertragung zu einem Zeitpunkt ihrer eigenen Wahl (asynchron zu irgendeiner Taktperiode der Basisstationen oder des Hostcomputers). Das herausgehende Übertragungspaket 17 dauert eine Zeit t₁, wie in der Figur zu sehen ist, und in einem Ausführungsbeispiel beträgt diese Periode 4,8 msec. Dann, zu einer genauen Zeitverzögerung t₂, nachdem die Übertragung gestartet wurde (zum Beispiel 5 msec nach dem Beginn von t₁), beginnt der Sender/Empfänger, hinsichtlich eines Rückpakets 18 von der Basisstation zu hören. Der Sender/Empfänger in der entfernten Einheit 15 spricht nur auf den Empfang des Pakets an, das in einem sehr starren Zeitfenster t₃ mit ein paar Mikrosekunden Länge beginnt, und, wenn das Paket 18 nicht während dieses Fensters gestartet wird, wird alles, was danach folgt, ignoriert. Das Paket 18 ist ein Anerkennungs- bzw. Bestätigungssignal und enthält auch Daten, ob die Basisstation irgendwelche Nachrichten be sitzt, die darauf warten, verschickt zu werden. Das Paket 18 besitzt auch eine Länge von 4,8 msec unabhängig von den enthaltenen Daten, so daß ein entfernter Einheit-zu-Basis-Austausch einschließlich der Bestätigung ungefähr 9,8 msec in dem Beispiel benötigt. Diese Basisstationen 12, 13 und 14 können keinen Austausch gemäß 2 initiieren oder irgendwelche anderen Übertragungen zu den entfernten Einheiten 15 initiieren, stattdessen müssen sie warten, bis ein Paket 17 von der entfernten Einheit 15, für die die Basisstation eine wartende Nachricht besitzt, empfangen wird und dann werden die zu versendenden Daten in dem Datenteil des Rückpakets 18 eingeschlossen. Aus diesem Grund sind die entfernten Einheiten 15 im allgemeinen derart programmiert, daß sie periodisch, zum Beispiel ungefähr alle 500 msec oder länger, ein Paket 17 an die Basisstation schicken, und zwar ohne Daten mit der Ausnahme des Identifizierungscodes (herkömmlich als NOP bezeichnet), so daß die Basisstation jegliche Daten, die in dem Speicher zur Weiterleitung an die entfernte Einheit 15 warten, verschicken kann. Um zu verhindern, daß eine andere entfernte Einheit 15 einen Austausch gemäß 2 in dem Intervall direkt nach dem Übertragungspaket 17, aber bevor das Empfangspaket 18 gestartet wurde, beginnt, wird die Zeit t₀, d. h. die Hörzeit, im allgemeinen so ausgewählt, daß sie länger ist als das Zeitintervall zwischen dem Übertragungspaket 17 und dem Empfangspaket 18 (0,2 msec in diesem Beispiel). Wenn eine weitere entfernte Einheit 15 versucht, ihren eigenen Austausch zu initiieren, empfängt sie die HF-Übertragung und sie wird zurücktreten und es wieder versuchen, und zwar mindestens ungefähr 10 msec später. In der Art und Weise von CSMA-Protokollen können die entfernten Einheiten 15 programmiert werden, über zufällige Zeitverzögerungen hinweg zu warten, bevor sie es wieder versuchen, um dadurch die Wahrscheinlichkeit von simultanen Versuchen zu verringern.
Gemäß 3 besitzt in einer typischen Handels- oder Verkaufsanwendung eines Netzewerks gemäß 1 der Hostprozessor 10 ein Datenbasenmanagementsystem (das eine geeignete Datenbasismanagementsoftware ähnlich zu dem im Handel verfügbaren verwendet), in das die entfernten Einheiten 15 Eingaben machen oder Anfragen an diese stellen, und zwar über die Basisstationen 12, 13 und 14. Der Hostprozessor 10 besitzt einen CPU 20, der eine Mikroprozessorvorrichtung des 80386 Typs sein kann, der beispielsweise hergestellt wird, und der CPU greift auf einen Speicher 21 zu über einen Hauptbus 22, um Instruktionen auszuführen. Unterschiedliche I/O-Prozessoren 23 werden verwendet, um auf Peripherien, wie zum Beispiel eine Tastatur, eine Videoanzeige usw. sowie auf Diskettenspeicher 24 für das Datenbasissystem und andere Computerfunktionen zuzugreifen. Ein Kommunikationsadapter 25 koppelt den CPU 20 über den Hauptbus 22 zu der Verbindung 11. Diese Kommunikationsverbindung 11 kann des seriellen Typs sein, wie zum Beispiel ein RS232, oder in einem System, das für höhere Leistung aufgebaut ist, könnte die Verbindung bzw. das Link 11 eines der verfügbaren Protokolle des local area networktyps (LAN), wie zum Beispiel das Ethernet oder Tokenring, verwenden; in dem Ausführungsbeispiel sind jedoch die Standardlocalareanetworkprotokolle unnötig komplex und teuer und eine optimalere Lösung ist die einfache Verwendung eines seriellen Ports oder Anschlusses, der über eine geteilte serielle Leitung 11 auf einer Timesharingbasis (zum Beispiel zeitgesteuert) verbunden ist. Die Datenrate an dem Link bzw. der Verbindung 11 ist eher mittelmäßig im Vergleich zu typischen 4-Mbit oder 16-Mbit/sec LAN-Verbindungen des Tokenrings oder Ethernettyps; und zwar ungefähr 160-Kbit/sec ist für die Verbindung 11 adequat und somit kann eines der unterschiedlichen seriellen Verbindungsmethoden des zeigesteuerten Typs (Time-Slot-Type) verwendet werden.
Die Basisstationen 12, 13 und 14 verwenden jeweils einen CPU 30, der auf einen Speicher 31 über einen lokalen Bus 32 zugreift, wie in 3 zu sehen ist. Diese Datenverarbeitungseinheit ist mit der seriellen Verbindung 11 über Kommunikationsadapter 33 verbunden. Ein HF-Sender/Empfänger 34 ist mit dem CPU 30 in jeder Basisstation gekoppelt, und zwar über den lokalen Bus 32 und ist mit einer Antenne 35 zur HF-Übertragung an und zum Empfang von den entfernten Einheiten 15 unter Verwendung des Protokolls gemäß 2 verbunden. Ein zusätzlicher HF-Sender/Empfänger 34a kann verwendet werden als eine HF-Verbindung zu und von anderen Basisstationen, wenn dies notwendig ist. Ein Beispiel einer im Handel verfügbaren Mikroprozessorvorrichtung, die als der CPU 30 verwendet werden kann, ist eine V-25 Vorrichtung, die durch NEC hergestellt wird, welches dieselbe Vorrichtung ist, die in den entfernten Einheiten 15 verwendet wird, wie nachfolgend beschrieben wird. Eine weitere Mikroprozessorvorrichtung, die als der CPU 30 verwendet werden kann, ist die DSP56001, die durch Motorola Inc. aus Phoenex, Arizona, hergestellt wird. Dieser DSP56001 Mikroprozessor wird hauptsächlich als ein digitaler Signalprozessor verkauft, aber er dient auch als eine Hochleistungs-, kostengünstige Steuervorrichtung, die in der Lage ist, eine 24 Bit·24 Bit Multiplikationsoperation in 100 nsec durchzuführen und Unterbrechungs- bzw. Interruptroutinen in 200 nsec durchzuführen. Beispiele von Codes, die verwendet werden, um typische I/O-Algorithmen und Codeerkennung durchzuführen, sind von dem Hersteller der Mikroprozessorvorrichtungen oder assoziierter Anbieter verfügbar. Der Speicher 31 umfaßt einen ROM oder einen EPROM für den Startcode, der durch den CPU 30 ausgeführt wird, sowie einen schnellen RAM für das Programm, das während normaler Operationen durchgeführt wird und zum Speichern bzw. Zwischenspeichern oder Puffern der gitalen Daten, die in den HF-Sender/Empfänger 34 eingehen oder von diesem ausgehen. Zusätzlich umfaßt der CPU 30 eine Anzahl von schnellen internen Registern, die verwendet werden zur Datenmanipulation bei der Ausführung der Codeerkennungsalgorithmen. Ein besonders nützliches Merkmal der 56001-Vorrichtung ist, daß ein serieller Anschluß verfügbar ist zum Übertragen und Empfangen von Daten über die serielle Kommunikationsverbindung 11, so daß diese Funktion implementiert werden kann mit wenig zusätzlichen Schaltungen in den Adapter 33. In gleicher Weise besitzt die V-25-Vorrichtung einen analogen Eingang, der für diesen Zweck verwendet werden kann; in ähnlicher Weise kann der Adapter 33 die eingehenden oder ausgehenden seriellen Daten speichern bzw. zwischenspeichern oder puffern, so daß parallele Übertragungen an dem Bus 32 für Verbindungsdaten verwendet werden.
Die Basistationen 12, 13 und 14 sind üblicherweise in unterschiedlichen Räumen oder Buchten der Handelseinrichtung, welche das Netzwerk gemäß 1 enthält, angeordnet oder sie sind in anderen Orten angeordnet, die für einen Bediener nicht leicht zugänglich sind, so daß normalerweise eine Konsole mit einer Tastatur und einer Anzeige nicht verwendet wird; wenn jedoch eine Basisstation für eine Desktop oder Wandanbringung konfiguriert ist, die sich an einem zugänglichen Ort befindet, können I/O-Vorrichtungen mit dem Bus 32 gekoppelt sein, um eine lokale Dateneingabe oder Anzeige zu erlauben. Die Basisstationen werden üblicherweise durch Stromleitungen statt Batterien mit Leistung versorgt, und somit gibt es weniger Probleme hinsichtlich des Leistungsverbrauchs in diesen Vorrichtungen im Vergleich zu den entfernten Terminals 15. Der HF-Signalpfad in dieser Umgebung ist hinsichtlich seiner Natur veränderbar, wenn Ausrüstung, Gabelstapler, Möbel, Türen usw. umherbewegt werden oder wenn sich der Bediener von einem Platz zu einem anderen bewegt und die handgehaltene entfernte Einheit mit sich trägt oder wenn das Netzwerk hinsichtlich seiner Größe expandiert oder reduziert wird; es gibt einen hohen Grad an Multipfadbildung bei dieser Art HF-Verbindung. Somit kann sich die bestimmte der Basisstationen, die zu einer gegebenen Zeit mit einer der entfernten Einheiten 15 kommuniziert, verändern; diesbezüglich kann ein "hand-of" Protokoll verwendet werden, wie nachfolgend beschrieben wird, um die Basisstation zu verändern, die designiert ist mit einer entfernten Einheit zu kommunizieren. Auf diese Art und Weise besitzt eine entfernte Einheit 15 eine bestätigte virtuelle HF-Verbindung mit nur einer Basisstation zu einer Zeit, obwohl andere in dem Bereich sein könnten. Die Basisstation 12, 13 oder 14 ist nur ein Zwischenglied; die entfernte Einheit kommuniziert mit dem Hostprozessor 10 und die Funktion einer Basisstation besteht nur in dem Weiterleiten der Daten von einer entfernten Einheit zu dem Hostcomputer oder von dem Hostcomputer zu einer entfernten Einheit. In einer Installation auf einer minimalen Skala kann nur eine Basisstation vorhanden sein, wobei in diesem Fall die Kommunikationsverbindung 11 eine direkte Verbindung über einen RS232 seriellen Anschluß und Kabel sein kann, oder wenn das Gebäude so aufgebaut ist, daß die Basisstation an demselben Ort wie der Hostcomputer angeordnet sein kann, kann die Verbindung 11 durch ein paralleles Bus-zu-Bus-Interface ersetzt werden, wobei in diesem Fall die Basisstation und der Hostcomputer als eine einzelne Einheit angesehen werden können. Wenn mehrere Basisstationen vorhanden sind, verwendet die Kommunikationsverbindung 11 ein Protokoll mit adequater Leistung, um zu erlauben, daß jede HF-Übertragung (Paket 17) von einer entfernten Einheit 15 in der Basisstation decodiert wird und an den Hostprozessor 10 weitergeleitet wird über die Verbindung bzw. das Link 11, dann eine Antwort von dem Hostcomputer 10 über die Verbindung 11 zu der Basisstation zurückgesendet wird, so daß die Basisstation auf einen weiteren Austausch warten kann, zur Übertragung der gespeicherten Nachricht an die entfernte Einheit 15 in einem Paket 18. Diese Sequenz sollte für den Verwender (eine Person, die den Strichcodeleser trägt) im wesentlichen in "Echtzeit" erscheinen, obwohl die tatsächliche Verzögerung vielleicht Hunderte von Milliskunden betragen kann. Dieser kurze Zyklus wird selbst dann beibehalten, wenn das Netzwerk eine größere Anzahl von entfernten Einheiten 15 umfaßt, die sporadisch in Betrieb sind. Infolge des verwendeten HF-Protokolls und der Notwendigkeit, daß die HF-Verbindung mit einer großen Anzahl von entfernten Einheiten geteilt werden muß, ist die serielle Verbindung 11 viel schneller als eine HF-Verbindung über HF-Sender/Empfänger 34a und Antennen 35a von einer Basisstation zu einer anderen Basisstation, und somit wird die serielle Verbindung 11 für Nachrichten zwischen Basisstationen verwendet, wann immer dies möglich ist. Die HF-Verbindung in dem Ausführungsbeispiel, welches das beschriebene Protokoll verwendet, besitzt eine Datenrate von weniger als einem Zehntel der seriellen Verbindung 11. Nur wenn das physikalische Layout oder die temporäre Natur des Netzwerks diese Lösung erfordert, wird die HF-Verbindung von einer Basis zu einer Basis verwendet.
Gemäß 4 ist jede entfernte Einheit 15 in dem Ausführungsbeispiel ein Datenterminal (zum Beispiel ein handgehaltener Strichcodeleser) mit einem CPU 40, der Programminstruktionen von einem Programm und Datenspeicher 41 ausführt, der mit dem CPU über einen lokalen Bus 42 gekoppelt ist. Eine periphere Strichcodedatensammelvorrichtung 43 ist mit dem CPU über den Bus 42 gekoppelt und wird verwendet zum Detektieren und/oder Umwandeln von Daten von dem Strichcodescanabschnitt, die in dem Speicher 41 gespeichert werden und durch den CPU 40 verarbeitet werden sollen; andere Steuervorrichtungen bilden ein Interface bzw. eine Schnittstelle mit der Tastatur und der Anzeige. Ein HF-Sender/Empfänger 44 ist mit dem CPU über den Bus 42 gekoppelt und wird durch diesen gesteuert, und überträgt das codierte HF-Signal über eine Antenne 45 oder detektiert das durch die Antenne empfangene HF-Signal und wandelt dieses um, und zwar gemäß einem Protokoll. Bei dem Beispiel, bei dem die entfernte Einheit 15 ein Laserscannerstrichcodeleser ist, wird die Vorrichtung 43 verwendet zum Eingeben von Daten von einer Photodetektorvorrichtung 46, die ein serielles elektrisches Signal erzeugt, das an eine Codeerkennungsschaltung 47 geliefert wird, die auf charakteristische Muster von Strichcodesymbolen anspricht und Strichcodedaten für den Speicher 41 über die Vorrichtung 43 vorsieht, wenn ein Strichcode gescant wird. Die Srichcodedaten werden in den Speicher 41 eingegeben durch DMA, wenn der CPU 40 diese Fähigkeit umfaßt, oder durch Bewegungsinstruktionen, die durch den CPU ausgeführt werden; alternativ kann der Speicher 41 eine Video DRAM-Vorrichtung sein, die serielle Dateneingabe durch einen seriellen Anschluß erlaubt, der separat von dem ist, der für den CPU-Zugriff verwendet wird. Der CPU 40 innerhalb der entfernten Einheit überprüft die Strichcodedaten hinsichtlich ihrer Gültigkeit und des Formats durch Ausführung eines Codes, der in dem Speicher 41 gespeichert wird, und wenn das Datenpaket in dem Speicher 41 repariert wurde, iniziiert der CPU eine HF Übertragung durch Aktivieren des HF Sender/Empfänger 44 und überträgt das codierte Paket, das die Strichcodedaten enthält, an den Sender/Empfänger über den Bus 42. Normalerweise besitzt die entfernte Einheit eine manuelle Dateneingabevorrichtung, wie zum Beispiel eine Tastatur 48 und eine visuelle Anzeige 49, wie zum Beispiel eine LCD Vorrichtung; die Elemente der Tastatur und der Anzeige werden gescant durch Signale, die in dem CPU 40 erzeugt werden oder sie werden in einer Tastatur und Anzeige I/O Steuerung erzeugt, wie zum Beispiel einem Intel 8042 Microcontroller, der weit verbreitet für diesen Zweck verwendet wird, und zwar abhängig von Leistungs-/Kostenbetrachtungen. Ein Vorteil des Protokolls gemäß 2 ist jedoch, daß der CPU 40 alle diese Aufgaben handhaben kann, einschließlich der Dateneingabe von dem Strichcodescanner, der Tastatur und dem Anzeigescan, HF Steuerung, Datenstromtransfer zu und von dem HF, und Datencodierung und -decodierung, da die HF Übertragung und der Empfang unter Steuerung der entfernten Einheit liegt, anstatt durch eine Vorrichtung auf höherem Niveau, wie zum Beispiel die Basisstation oder dem Hauscomputer, gesteuert zu werden. Das heißt, ein wichtiges Merkmal ist die Fähigkeit der entfernten Einheit 15 Vorgänge zu steuern bzw. einzuteilen und mit der Basisstation zu Zeiten eigener Wahl zu kommunizieren, da diese Fähigkeit die Aufgaben der entfernten Einheit vereinfacht. Daher werden die Bauteile, die in der entfernten Einheit gemäß 4 benötigt werden, auf einem Minimum hinsichtlich Kosten, Größe, Gewicht und Batterielebenszeit gehalten.
Der CPU 40 in der entfernten Einheit 15 gemäß 4 kann eine Intel 8088 16 Bit Microprozessorvorrichtung mit einem externen Bus 42 sein, der einen 8 Bit Datenbus, einen Adressenbus mit bis zu 20 Bit Breite (es werden in diesem Beispiel nur 14 bis 15 Bit-Adressen benötigt) und einen Satz von Kontroll- bzw. Steuerleitungen umfaßt. Alternativ kann der CPU 40 ein NEC V-25 Microprozessor sein, der Software kompatibel mit dem 8088 ist aber mehrere zusätzliche Fähigkeiten bzw. Eigenschaften, wie zum Beispiel einen seriellen Anschluß, DMA Fähigkeit, einen analogen Eingangsanschluß und mehrere Registersätze besitzt, um Kontextschalter bzw. -schaltungen zu beschleunigen sowie mehrere zusätzliche Instruktionen. Natürlich vereinfacht die Verwendung einer V-25 Vorrichtung für sowohl die CPUs 30 als auch 40 die Codeschreibanforderung, da ein Teil des Codes sowohl in der Basis als auch in den entfernten Einheiten verwendet wird. Der Speicher 41 kann aus einem 128 Kbit EPROM-Chip und einem 128 Kbit statischem RAM-Chip bestehen, der 32 Kbytes Speicher vorsieht, was für die zugeordneten Aufgaben dieser Einheit ausreicht; natürlich kann zusätzlicher Speicher für unterschiedliche Aufgaben oder eine höhere Leistung hinzugefügt werden. Vorzugsweise werden CMOS Vorrichtungen für den CPU 40 und den Speicher 41 (sowie in der HF Schaltung 44, wo dies möglich ist) verwendet, um Leistungsverbrauch sowie Batterieverbrauch zu minimieren. Die 8088 oder V-25 Microprozessorvorrichtungen sind nur Beispiele der Klasse von CPU-Vorrichtung, die in der entfernten Einheit benötigt wird. Es sei bemerkt, daß andere Microprozessorvorrichtungen verwendet werden können, obwohl die 8088 Vorrichtung den Vorteil geringer Kosten für das Teil selbst sowie für die Software besitzt; für die 8088 Vorrichtung besteht schon ein breiter Bereich an Software.
Obwohl andere Datenterminaleinheiten 15 vorteilhafterweise in einem System, das die Merkmale der Erfindung beinhaltet, verwendet werden können, ist eine handgehaltene Laserscannerstrichcodeleseeinheit, wie sie in 5 dargestellt ist, ein Beispiel einer entfernten Einheit, die besonders geeignet ist für die Verwendung in dem System gemäß 1. Diese handgehaltene Vorrichtung gemäß 5 ist im allgemeinen von der Art, die in den US-Patenten 4,760,248, 4,806,742 oder 4,816,660 von Swartz et al., die Symbol Technologies, Inc. zugewiesen sind, offenbart sind, und sie ist auch ähnlich zu der Konfiguration eines Strichcodelesers, der im Handel erhältlich ist als Teilnummer LS 8100II von Symbol Technologies, Inc. Alternativ oder zusätzlich können Merkmale des US-Patents 4,387,297 von Swartz et al., US-Patent 4,409,470 von Shepard et al., US-Patent 4,808,804 von Krichever & Metlitsky oder US-Patent 4,816,661 von Kirchever & Metlitsky, die alle Symbol Technologies, Inc. zugewiesen sind, beim Aufbau der Strichcodeleseeinheit 15 gemäß 3 verwendet werden. Diese Patente 4,816,661, 4,816,660, 4,808,804, 4,806,742, 4,760,248, 4,387,297 und 4,409,470 bzw. deren deutschsprachigen Äquivalente werden hier durch Bezugnahme aufgenommen. Ein herausgehender Lichtstrahl 51 wird in dem Laser 10 erzeugt, und zwar normalerweise durch eine Laserdiode oder ähnliches und derart gerichtet, daß er auf ein Strichcodesymbol auftritt, das sich ein paar Zoll von der Vorderseite der Lesereinheit entfernt befindet. Der herausgehende Strahl 51 wird in einem festen linearen Muster gescannt, und der Benutzer positioniert die handgehaltene Einheit so, daß das Scanmuster das zu lesende Symbol überquert bzw. überstreicht. Reflektiertes Licht 52 von dem Symbol wird durch eine auf Licht ansprechende Vorrichtung 46 in der Lesereinheit detektiert, die serielle elektrische Signale erzeugt, die verarbeitet werden zur Identifizierung des Strichcodes. Die Lesereinheit 51 ist eine pistolenförmige Vorrichtung mit einem Handgriff bzw. Handteil 53 des Pistolengrifftyps, und ein bewegbarer Trigger oder Auslöser 54 wird verwendet, um dem Benutzer zu ermöglichen, den Lichtstrahl 51 und die Detektorschaltung zu aktivieren, wenn sie auf ein zu lesendes Symbol gerichtet sind, um dadurch Batterieverbrauch zu sparen, wenn die Einheit selbst mit Leistung versorgt wird. Ein leichtgewichtiges Plastikgehäuse 55 enthält die Laserlichtquelle, den Detektor 46, die Optik und Signalverarbeitungsschaltung und den CPU 40 und den HF Sender/Empfänger 44 gemäß 2 sowie eine Batterie. Ein lichtdurchlässiges Fenster 56 an dem Vorderende des Gehäuses 55 erlaubt, daß der herausgehende Lichtstrahl 51 austritt und daß das einfallende reflektierte Licht 52 eintritt. Der Leser 15 ist so aufgebaut, daß er auf ein Strichcodesymbol durch den Benutzer gerichtet wird, und zwar von einer Position, in der der Leser 15 von dem Symbol beabstandet ist, d. h. das Symbol nicht berührt oder sich über das Symbol hinwegbewegt. Typischerweise ist diese Art eines handgehaltenen Strichcodelesers derart spezifiziert, daß er in einem Bereich von ungefähr mehreren Zoll arbeitet.
Wie in 5 zu sehen ist, wird eine geeignete Linse 57 (oder ein multiples Linsensystem) verwendet, um den gescannten Strahl in dem Strichcodesymbol zu bündeln und zu focusieren, wird, und zwar mit der geeigneten Tiefenschärfe, und dieselbe Linse 57 kann verwendet werden zum Focusieren des reflektierten Lichtes 52. Eine Lichtquelle 58, wie zum Beispiel eine Halbleiterlaserdiode, ist positioniert zum Einführen eines Lichtstrahls in die Achse der Linse 57 durch einen teilweisen Silberspiegel, und andere Linsen oder Strahlformstrukturen, und zwar je nach Notwendigkeit, zusammen mit einem oszillierenden Spiegel 59, der an einem Scanmotor 60 befestigt ist, der aktiviert wird, wenn der Auslöser 54 betätigt wird. Wenn das durch die Quelle 58 erzeugte Licht nicht sichtbar ist, kann ein Ziellicht in dem optischen System vorgesehen sein, das wieder einen teilweisen Silberspiegel verwendet zum Einführen des Strahls in den Lichtpfad, und zwar koaxial zu der Linse 57. Das Ziellicht erzeugt, wenn dies notwendig ist, einen sichtbaren Punkt, der genauso wie der Laserstrahl gescannt wird; der Benutzer verwendet das sichtbare Licht, um die Lesereinrichtung auf das Symbol zu richten, und zwar vor dem Betätigen des Auslösers 54. Die elektronischen Bauteile gemäß 4 sind an einer oder mehreren kleinen Schaltungsplatten 61 innerhalb des Gehäuses 55 gemäß 5 angebracht, und Batterien 62 sind eingeschlossen zum Vorsehen einer selbstenthaltenen bzw. selbstversorgenden tragbaren Einheit. Die Antenne 45 kann auf einer der Schaltungsplatten 61 ausgebildet bzw. auf diese gedruckt sein.
Gemäß 5a ist ein entfernter Terminal 15 eines weiteren Ausführungsbeispiels dargestellt, in dem ein Strichcodeleser des Handlesers bzw. Stifttyps anstelle des Laserscanners in 5 verwendet wird. Diese Vorrichtung gemäß 5a ist ähnlich zu einem im Handel verfügbaren tragbaren Radioterminal, der unter dem Produktnamen "MSI PRT" durch MSI Data Corporation aus Costa Mesa, Kalifornien, eine Tochter von Symbol Technologies, Inc., dem Anmelder dieser Erfindung, verkauft wird. Die Tastatur 48 und die Anzeige 49 sind an der Stirnseite eines handgehaltenen Gehäuses 63 angebracht, und die Lichtquelle 58 (in diesem Fall eine LED) und ein Lichtdetektor 46 (in 5a nicht zu sehen) sind innerhalb eines stiftförmigen Handlesers 64 angebracht, der über ein Kabel mit dem Gehäuse 63 verbunden ist. Die Person, die die Vorrichtung gemäß 5a verwendet, hält das Gehäuse 63 in einer Hand und den Stift- bzw. Handleser 64 in der anderen und bewegt den Handleser 64 über das Strichcodesymbol, und zwar in Kontakt mit dem Symbol, statt die Einheit ruhig (beabstandet von dem Symbol) zu halten und sich auf den oszillierenden Spiegel zu verlassen, um das Scannen des Symbols zu erzeugen wie in dem Fall des Ausführungsbeispiels gemäß 5. Ansonsten enthält die Vorrichtung in 5a die Schaltung gemäß 4, und die HF Verbindung arbeitet in derselben Art und Weise.
In 6 ist ein Teil eines typischen Strichcodesymbols 65 des Typs, der durch den Laserscanner in 5 oder durch den Leser des Stifttyps gemäß 5a gelesen wird. In dem Fall eines Laserscanners erzeugt ein Laserscanstrahl 51 eine Scanlinie 56, und reflektiertes Laserlicht 52, das durch den Fotodetektor 46 dedektiert wird und durch die Schaltung 47 geformt wird, erzeugt ein binäres elektrisches Signal 67, wie auch in 6 zu sehen ist. Oder in dem Fall eines Lesers des Stifttyps wird der Handleser oder Stift entlang der Linie 66 bewegt und reflektiertes Licht wird detektiert zum Erzeugen desselben Typs des binären Signals 67. Die Übergänge 68 in dem Signal 67 repräsentieren den Übergang des Strahls oder Lichtes zwischen hellen und dunklen Bereichen oder Strichen und Freiräumen in dem Symbol 65 (dunkel erzeugt eine binäre "0" und hell eine binäre "1" in der Darstellung). Ein Strichcodesymbol kann von anderen Bildern unterschieden werden durch den Abstand zwischen Übergängen 68 als eine Funktion der Zeit oder ähnlichen Mustern des Signals. Dieses Unterscheidungsmerkmal kann durch den Code überprüft werden, der durch den CPU 40 durchgeführt wird, nachdem die Daten in dem Speicher 41 geladen sind. Ein Datenformat, das verwendet wird, um Strichcodedaten in den Speicher 41 zu laden, ist eine Sequenz von Nummern abhängig von der Zeit zwischen Übergängen 68. Das Strichcodesymbol 65 gemäß 6 umfaßt normalerweise Start- und Stoppzeichen, und oft ist eine Überprüfungssumme (check sum) in den codierten Daten enthalten, so daß die Gültigkeit des Strichcodesymbols, wie es gelesen wird, leicht überprüft werden kann durch den Code, der durch den CPU 40 ausgeführt wird, wenn sich die Daten in dem Speicher 41 befinden.
Bei einem typischen Betrieb kann ein Bediener oder Benutzer in einem Empfangs- oder Lagerraum einer Handels- oder Industrieeinrichtung angeordnet sein, in der der Benutzer die entfernte Einheit 15 gemäß 5 auf ein Strichcodesymbol 65 gemäß 6 auf ein Paket von Interesse zielt und den Auslöser 54 betätigt. Diese Betätigung des Auslösers iniziiert einen Scanbetrieb, bei dem die Laserdiode 58 aktiviert wird, der Scanmotor erregt wird zum Oszillieren des Spiegels 59, der Detektor 46 mit Leistung versorgt wird, und so werden Strichcodedaten erzeugt zur Eingabe in den Speicher 41 über die Datenaquisitions- bzw. Sammelschaltung. Alternativ würde natürlich bei der Verwendung eines Handlesers gemäß 5a der Benutzer den Leser betätigen und den Hand- bzw. Stiftleser 64 über das Strichcodesymbol bewegen. In jedem Fall werden diese Strichcodedaten in den Speicher 41 geladen, dann werden die Daten verarbeitet zur Überprüfung der Gültigkeit unter Verwendung von Routinen, die durch den CPU 40 ausgeführt werden, und wenn sie gültig sind, dann wird ein Datenpaket in dem Speicher 41 definiert gemäß dem Protokoll, das nachfolgend beschrieben wird, dann wird der HF Sender/Empfänger 44 aktiviert durch einen Befehl, der von dem CPU 40 geschickt wird, das codierte Datenpaket wird von dem Speicher 41 in den Sender/Empfänger 44 geladen, und zwar in einer Sequenz von Bytes, und es wird eine HF Übertragung gemäß 2 initiiert, d. h. Horchen während t₀, dann Übertragen eines Pakets 17, wenn es ruhig ist. Die Basisstation 12, 13 oder 14 empfängt das HF Übertragungspaket 17 von der entfernten Einheit 15, decodiert es im Vorbeilaufen, überprüft es hinsichtlich Fehlern und schickt ein HF Bestätigungssignalpaket 18 an die entfernte Einheit 15 während des genauen Zeitfensters und formatiert die Daten in dem Speicher 31 durch Instruktionen, die durch den CPU 30 ausgeführt werden, zum Verschicken an den Hostcomputer 10 über die Kommunikationsverbindung 11. Das Paket 17 von der entfernten Einheit 15 oder das Bestätigungspaket 18 einer Basisstation kann Instruktionen darüber enthalten, wann die entfernte Einheit einen weiteren Austausch initiieren soll, um eine Antwort auf ihre Anfrage zu bekommen. Nach dem Empfang der Daten, die durch die Basisstation weitergeleitet werden, führt der Hostcomputer 10 die Datenbasistransaktionen durch, die notwendig sind, dann schickt er eine Antwort zu der Basisstation zurück über die Verbindung 11, die die Basisstation in dem Speicher 31 hält zum Senden an die entfernte Einheit 15, wenn ein weiterer Austausch unter Verwendung des Protokolls gemäß 2 und, wie nachfolgend beschrieben, auftritt. Wenn die entfernte Einheit 15 die Daten empfangen hat, die durch den Hostcomputer geschickt wurden, und zwar ansprechend auf ihre Anfrage (die über eine der Basisstationen weitergeleitet wurde), kann eine Anzeige für den Benutzer angezeigt werden durch die LCD Anzeige 49 an der handgehaltenen Einheit gemäß 5 oder 5a. Zum Beispiel können die Daten, die von dem Hostcomputer 10 geschickt wurden, dem Benutzer der entfernten Einheit 15 mitteilen, einen bestimmten Vorgang hinsichtlich des Pakets einzuleiten, dessen Strichcodesymbol gerade durch die Betätigung des Auslösers gelesen wurde, d. h. Plazieren des Pakets an einen bestimmten Ort usw. Für diese Art des Betriebs sollte die Ansprechzeit von der Betätigung des Auslösers bis zur Antwort, die auf der Anzeige 49 erscheint, kurz genug sein, daß sie kaum bemwerkbar ist, zum Beispiel eine Sekunde oder weniger.
Diese Art von gerade beschriebenen Operationen erzeugt mehrere Anforderungen an das System. Zunächst sollten die entfernten Einheiten relativ leichtgewichtig sein, und sie sollten eine kleine Größe besitzen und natürlich sollten sie keine Kabelverbindung zu der Zentralstation benötigen. Somit wird Batteriebetrieb diktiert, aber die Batterien sollten weder groß noch schwer sein, und häufiges Aufladen sollte vermieden werden. Sichtlinienkommunikationen, wie zum Beispiel bei einer Infrarotverbindung, sind in dieser Umgebung ungeeignet wegen Hindernissen und Einschränkungen im Sichtfeld, so daß HF bevorzugt wird. Eine HF Verbindung erzeugt oft die Last von F.C.C. Regulierungen, und zwar hinsichtlich Einschränkungen der Ausrüstung der Bauteile, die verwendet werden, und hinsichtlich der verwendeten Frequenzbänder, aber auch hinsichtlich einer Lizensierung für individuelle Benutzer oder Standorte. Die Effekte dieser Anforderungen werden, wie nachfolgend zu sehen ist, minimiert.
Eine detailliertere Ansicht des Inhalts der übertragenen Pakete 17 oder 18, ist in 7 zu sehen. Die zwei Pakete 17 und 18 besitzen dasselbe allgemeine Format, so daß nur eines gezeigt ist. Ein Paket 17 beginnt mit einem Startsignal 72 mit einer festen Länge, welches verwendet wird, um den Empfänger zu benachrichtigen, daß ein Paket beginnt und auch, um den Empfänger zu synchronisieren; zusätzlich kann das Startsignal codiert sein, so daß nur Basisstationen und entfernte Einheiten dieses bestimmten Netzwerks ansprechen (es können überlappende Netzwerke vorhanden sein, die unterschiedlichen Geschäften gehören). Als nächstes wird ein 3-byte Header 73 verschickt, und wie in der auseinandergezogenen Ansicht zu sehen ist, enthält der Header ein 13-Bit Vorrichtungsidentifikationsfeld 74 oder "Kennung"; jede entfernte Einheit 15 besitzt auch eine Seriennummer mit einer 24-Bit Länge, so daß niemals zwei entfernte Einheiten 15 mit derselben Seriennummer hergestellt werden müssen. Um aber unnötige Übertragung von Daten zu vermeiden, wird dieses Feld 74 auf eine 13-Bit Kennung gekürzt, was 2¹³ oder 8192 entfernte Einheiten ermöglicht, die mit einer einzigartigen Kennung in einem Netzwerk vorhanden sein können. Diese Kennung wird der entfernten Einheit 15 während einer Initialisierung oder einem Hochfahrvorgang gegeben, wenn die entfernte Einheit mit einer Basis oder einem Host verbunden ist, und zwar über ein direktes Kabel. Nach dem Vorrichtungs-ID Feld 74 umfaßt der Header 73 ein 5-Bit "Größen" Feld 75, welches angibt, wieviele Datenbytes folgen, wobei die erlaubte Größe von 0 bis 22 Datenbytes geht. Somit wird ein Protokoll eines "Byte-Zählungs"Typs verwendet, wie es bei den vorherigen seriellen Kommunikationsprotokollen des Pakettyps verwendet wurde. Das 5-Bit "Größen" Feld 75 erlaubt, daß 2⁵ oder 32 Codes verschickt werden, aber es sind nur 23 notwendig, um die Größeninformation zu übertragen, so daß, wenn keine Größeninformation in einem gegebenen Paket verschickt werden muß, andere Befehle oder Nachrichten in diesem Feld verschickt werden können, wie z. B. ein NOP zur einfachen Signalisierung der Gegenwart einer entfernten Einheit, oder um zu erlauben, daß die Basisstation Daten zurückschicken kann, falls welche warten. Als nächstes enthält der Header 73 zwei 3-Bit Felder 76 und 77, welche die Aufzeichnungsnummer bzw. die Bestätigungsnummer darstellen; wenn eine Datenmenge, die 22 Bytes übersteigt, verschickt werden muß (wie beispielsweise beim down loaden eines Codes von dem Hostcomputer 10 zu einer entfernten Einheit 15 zur Ausführung durch den CPU 40 der entfernten Einheit beim Ändern der Betriebsarten), dann werden diese Daten in 22-Byte Pakete aufgeteilt, die aufeinanderfolgend nummeriert sind, Module-8 zählen, und jedes muß durch eine Nummer bestätigt werden. Bei der üblichen Strichcodelesetransaktion sind die Pakete 17 und 18 22-Byte oder kleiner, so daß die Funktion der Aufzeichnung und Bestätigungszählung weniger wichtig ist. Nach dem Header 73 wird ein Datenfeld 78 mit 0 bis 22 Byte übertragen und ein CRC-Feld 79 beendet das Paket. Das CRC-Feld enthält eine berechnete Funktion aller Bits des Headerfeldes 73 und des Datenfeldes 78 zur CRC Überprüfung; wenn die Empfangsvorrichtung (entfernte Einheit 15 oder Basisstation) ein Paket 17 oder 18 empfängt, aber die CRC-Berechnung der empfangenen Daten nicht mit dem empfangenen CRC-Feld 79 übereinstimmt, wird das Packet verworfen und nicht bestätigt, so daß es erneut durch die Übertragungsvorrichtung versandt wird nach einer Pause bzw. einer Time-out Periode. Wie in 7 dargestellt ist, ist der Teil des Pakets 17 oder 18 nach dem Start des Symbols 72 von 2 bis 29 Byte lang; wenn die zu versendenden Daten 22 Byte übersteigen, dann kann ein Code in dem Feld 75 (ein Wert über 23) vorgesehen sein, um anzuzeigen, daß noch mehr kommt.
Die entfernte Einheit 15 muß keine umfassenden Berechnungen durchführen, während sie entweder die Pakete 17 überträgt oder die Pakete 18 empfängt. Stattdessen wird das Paket 17 vollständig in dem Speicher 41 hergestellt, bevor der Sender/Empfänger 44 aktiviert wird, und dann werden während des festen Empfangs-Fensters für das Paket 18 die ankommenden Daten nur in den Speicher 41 kopiert und zwar ohne jegliche Interpretation, so daß eine Dekodierung oder Berechnung nach dem Austausch durchgeführt wird. Diese entfernte Einheit muß nicht mit dem Empfang weiterer Nachrichten von einer Basisstation rechnen, bis die entfernte Einheit fertig ist. Die entfernte Einheit 15 managed oder teilt ihre eigenen Paketkommunikationsoperationen ein, statt ein Slave oder abhängig von dem Host oder der Basisstation zu sein. Die Basisstationen 12, 13 und 14 andererseits müssen bereit sein, einen der Austausche gemäß 2 zu jeder Zeit zu empfangen, so daß der Sender/Empfänger 34 zu jeder Zeit aktiviert sein muß, und wenn dann ein Paket 17 empfangen wird, muß es sofort dekodiert, gecheckt und durch ein Paket 18 bestätigt werden, und die Daten müssen an den Hostcomputer 10 geschickt werden; wenn eine Antwortnachricht zu dieser Basisstation von dem Hostcomputer 10 zurückgeschickt wird, muß sie formatiert und in dem Speicher 31 gespeichert werden, damit sie bereit ist zum Zurückschicken an die entfernte Einheit 15, wenn ein weiterer Austausch gemäß 2 durch die entfernte Einheit 15 initiiert wird. Während dieser Zeit können Pakete 17 von anderen entfernten Einheiten empfangen werden, und diese müssen mit einem Paket 18 bestätigt werden und zwar innerhalb des fünf Millisekunden Timings gemäß 2. Demgemäß werden viel größere Berechnungsbelastungen an den CPU 30 der Basisstationen im Vergleich zu dem CPU 40 in einer entfernten Einheit angelegt und der HF-Sender/Empfänger 34 muß kontinuierlich arbeiten und eingehende Signale zu jeder Zeit erkennen, statt die meiste Zeit ausgeschaltet zu sein. Der Sender/Empfänger 34 kann nicht nur die empfangenen Daten in dem Speicher speichern und sich dann ausschalten (die Daten werden durch den CPU später ausgewertet), wie es in den entfernten Einheiten 15 der Fall ist.
Das HF-Übertragungsverfahren, das für die Pakete 17 und 18 gemäß den 2 und 7 verwendet wird, d. h. alle Pakete oder Antworten, die zwischen den entfernten Einheiten 15 und den Basisstationen 12, 13 und 14 (oder HF-Kom munikation zwischen Basisstationen, wenn dieses Verfahren verwendet wird), verwenden die Spread-Spectrum HF-Modulationstechnik, d. h. das übertragene Signal wird über ein breites Frequenzband ausgebreitet, das viel breiter ist als die Bandbreite, die notwendig ist zum Versenden der digitalen Information in den Paketen 17 und 18. Es wird auf R.C. Dixon "Spread Spectrum Systems", veröffentlicht von Wiley & Sons, 1976, hinsichtlich der Einzelheiten des Designs, des Aufbaus und des Betriebs dieser Art von HF-Vorrichtungen Bezug genommen. Ein Träger wird in den Sendern/Empfängern 44 oder 34 frequenzmoduliert durch eine digitale Codesequenz (die in dem Speicher 41 oder dem Speicher 31 gespeichert ist), dessen Bit-Rate viel höher ist als die Informationssignalbandbreite. Die Informationssignalbandbreite während eines der Pakete 17 oder 18 beträgt nur ungefähr 60 KHz (29 Byte an Daten in ungefähr 4 Millisekunden bei diesem Beispiel). Aber anstelle der bloßen Übertragung des 29 Byte Datenpakets in dieser einfachen Form werden die zu versendenden Daten zuerst expandiert oder ausgebreitet, um jedes einzelne Bit der Daten mit einem 11-Bit-Satz zu ersetzen. Das heißt, jede binäre "1" wird "11111111111" und jede binäre "0" wird "00000000000"; in der entfernten Einheit wird diese Expansion in dem Speicher 41 durchgeführt und zwar durch eine Routine, die durch den CPU 40 ausgeführt wird oder in der Basisstation wird dies in dem Speicher 31 durchgeführt durch einen Code, der durch den CPU 30 ausgeführt wird. Der 11-Bit-für-1-Bit-Ausbreitungsfaktor wird als ein Kompromiss zwischen unterschiedlichen HF-Bandbreiten-Betrachtungen und ähnlichem ausgewählt; andere Ausbreitungsfaktoren könnten verwendet werden, aber die F.C.C. fordert mindestens eine 10:1 Ausbreitung, so daß diese 11:1 Ausbreitung ungefähr das Minimum ist. In jedem Fall werden aus den 29 Bytes oder 232 Bit an Daten 11 × 232 oder 2552 Bit in dem Speicher 41 plus dem 48 Bit-Startsymbol, was eine 2600-Bit-Nachrichtenlänge (Maximum) in dem Speicher 41 zur Folge hat. Als nächstes werden diese expan dierten Daten kombiniert (einer EX.OR. bzw. einer ausschließlichen ODER-Operation ausgesetzt (exclusive-Ored)) und zwar mit einem pseudozufälligen binären Codewert, bevor sie verwendet werden zum Modulieren des Trägers; dieser binäre Codewert wird auch in dem Speicher 41 gespeichert und die ausschließliche ODER-Logikfunktion, die verwendet wird zum Kombinieren der Daten und des Codes wird implementiert durch Instruktionen, die durch den CPU 40, der auf den Speicher 41 zugreift, ausgeführt werden. Der ausgewählte pseudozufällige binäre Codewert ist für dieses Netzwerk einzigartig und kann unter der Steuerung bzw. Kontrolle des Hostcomputers verändert werden aus Sicherheitsgründen oder um ein Überkreuzsprechen zu verhindern, wenn andere Netzwerke in überlappenden Bereichen arbeiten. Die Länge des pseudozufälligen binären Codewerts, d. h. die Anzahl der Bits vor der Wiederholung, muß mindestens 127 Bit betragen und zwar gemäß der F.C.C.-Regulierung für Spread-Spectrum-Übertragung in diesem Band; oberhalb dieses Werts wird die Länge des pseudozufälligen Codes ausgewählt abhängig von der Sicherheit und den Berechnungszeit-Einschränkungen und bei diesem beispielhaften Ausführungsbeispiel wird ein Wert von größer als 2600 verwendet, so daß keine Wiederholung während eines Nachrichtenrahmens auftritt. Die kodierten Daten werden von dem Speicher 41 an den HF-Sender/Empfänger 44 über den Bus 42 in einem parallelen oder seriellen Format angelegt und die Daten werden in dem Sender/Empfänger 44 verwendet zum Modulieren eines Trägers in der FSK Art und Weise, d. h. jede binäre "1" bewirkt, daß ein spannungsgesteuerter Oszillator mit einer Frequenz arbeitet, und jede binäre "0" bewirkt, daß der Oszillator mit einer anderen vorgewählten Frequenz arbeitet. Das durch die F.C.C. spezifizierte Band für diese Art nicht regulierter und nicht lizensierter Verwendung beträgt 902 bis 928 MHz, so daß der Oszillator ein Paar von Frequenzen in diesem Band verwendet; wie es durch die F.C.C. gefordert wird, sind diese Fre quenzen mindestens um die Hälfte der baud-Rate voneinander getrennt. Jeder "Kanal" in diesem Beispiel verwendet ungefähr eine 0,4 MHz-Bandbreite und die Kanäle sind ein MHz voneinander getrennt. Die Spread-Spectrum-Modulationstechnik, die für dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgewählt ist, kann charakterisiert werden als eine "Schmal-Band-Direktsequenz" (narrow band direct sequence) dahingehend, daß die Bandbreite der Ausbreitung relativ schmal bzw. gering ist und zwar ungefähr eine Rate von 666667 Chips oder Fragmente pro Sekunde, wobei ein "Chip" oder ein Fragment ein diskreter Signalfrequenzausgang von einem der Sender/Empfänger 34 oder 44 ist. Das heißt, die übertragene HF-Frequenz wird zwischen zwei diskreten Frequenzen geschaltet, wobei in diesem Fall die Schaltung (oder die potentielle Schaltung abhängig von den binären Daten) alle 1,5 Mikrosekunden auftritt, wobei jede dieser 1,5 Mikrosekunden-Perioden als ein "Chip" oder Fragment bezeichnet wird. Die HF-Sender/Empfänger sind in der Lage, mit einer Anzahl von unterschiedlichen Trägerfrequenzen oder "Kanälen" innerhalb des Bandes von 902 bis 928 MHz (z B. 16 unterschiedlichen Trägerfrequenzen) zu arbeiten, so daß Interferenz auf irgendeiner bestimmten Frequenz verhindert werden kann durch einfaches Ändern zu einer unterschiedlichen Frequenz, wobei aber die Sender/Empfänger dazu neigen, auf einer einzelnen Frequenz für eine längere Zeitperiode zu verbleiben, wenn keine Notwendigkeit für eine Veränderung besteht.
Gemäß 8a ist zu sehen, daß das übertragene Signal von einer entfernten Einheit 15 zu einer Basisstation oder umgekehrt in einer Art und Weise frequenzmoduliert ist, das zwischen zwei Frequenzen geschaltet oder abgewechselt wird, wobei aber auf einer dieser Frequenzen für eine Periode von 80 oder einem "Chip" oder Fragment von 1,5 Mikrosekunden bei diesem Beispiel verweilt wird. Dieses Signal wird detektiert und demoduliert zum Erzeugen einer analogen Ausgangsspannung, wie in 8b zu sehen ist. Die Demodulation erzeugt eine logische "1", wann immer sich das Signal oberhalb eines Schwellenwertes 81 befindet (das einer der Frequenzen entspricht) oder es erzeugt eine logische "0", wann immer sich das Signal unterhalb dieses Schwellenwertes (der der anderen dieser zwei Frequenzen entspricht) befindet. Dieses detektierte binäre Signal wird mit einer dreifachen der "Chip"-Rate von 666667 Hz, d. h. mit zwei MHz abgetastet, was drei "Sätze" von binären Strängen A, B und C erzeugt, wie in 8c zu sehen ist. Diese drei Sätze werden in den Speicher 41 in der entfernten Einheit 15 geladen zur Verarbeitung, nachdem das Paket 18 empfangen wurde, oder es wird in Echtzeit in einem Hochgeschwindigkeitsdekoder in der Basisstation untersucht, wenn das Paket 17 anfängt anzukommen. Jeder dieser Sätze A, B oder C wird hinsichtlich eines Musters untersucht, das dazu paßt, einer ausschließlichen ODER-Operation ausgesetzt zu sein, und zwar mit dem ersten 44 Chip-Muster (das dem Startsymbol 72 gemäß 7 entspricht) desselben pseudozufälligen binären Codewertes, der verwendet wird zum Kodieren bei der Übertragung, um zu sehen, ob das 44 Bit-Startsymbol 72 vorhanden ist – wenn dies der Fall ist, werden die sofort folgenden Chips oder Fragmente beim Dekodieren 11 Bit Stränge von "Einsen" oder "Nullen" erzeugen. Es sei bemerkt, daß das 44 Bit Startsymbol selbst dann als "gut" akzeptiert wird, wenn nur ungefähr 35 der 44 Bit oder mehr zusammenpassen, da die Wahrscheinlichkeit sehr hoch ist, daß 35 aus 44 eine gültige Üertragung ist, statt eines Rauschens oder eines Überkreuzsprech-Signals (für zufälliges Rauschen wären im Durchschitt 22 aus 44 gültig). In gleicher Weise kann der Algorithmus, der verwendet wird zum Dekodieren und Despreaden bzw. Zusammenführen des Datenteils des Nachrichtenrahmens oder des Pakets, derart konfiguriert sein, daß er weniger als die vollen 11 Bit Stränge akzeptiert, d. h. wenn ein oder zwei Bit falsch sind, gibt es noch immer eine hohe Wahrscheinlichkeit, daß die Daten gut sind, und somit wird der Strang trotzdem als ein gültiges Bit akzeptiert.
In 9 ist der Sender/Empfänger 44 in einer entfernten Einheit 15 in größerer Einzelheit gezeigt. Die Sender/Empfänger-Schaltung ist mit dem Bus 42 über ein Interface 85 verbunden, das mit einem Adressenbus 42a, einem Datenbus 42b und einem Kontroll- oder Steuerbus 42c verbunden ist, was den Standard 8088 oder V-25 Bus 42 bildet. Das Interface 85 enthält Register, die in dem I/O Raum des CPU 40 adressierbar sind zum Laden von Befehlen oder Daten zu dem Sender/Empfänger 44 oder zum Empfangen von Daten von dem Sender/Empfänger. Der Senderteil dieser Schaltung umfaßt einen spannungsgesteuerten Oszillator 86, an den serielle binäre Daten angelegt werden über Leitung 87 von dem Speicher 41 und zwar über das Interface 85 unter Verwendung einer Konditionierschaltung 88, wie es für eine Niveauverschiebung notwendig sein kann. Der Ausgang bzw. das Ausgangssignal 89 des spannungsgesteuerten Oszillators 86 ist über einen Leistungsverstärker 90 mit einem T/R Schalter und einem Antennenschalter 91 gekoppelt. Diese Schaltungsschaltung 91 wird durch ein T/R Steuersignal auf der Leitung 92 und ein Antennenauswahlsignal auf der Leitung 93, das von dem Interface 85 kommt, gesteuert. Zwei gedruckte Dipol-Antennen 45a und 45b sind verfügbar, so daß, wenn eine Übertragung auf einer Antenne nicht funktioniert, die andere Antenne versucht werden kann; die zwei Antennen sind in unterschiedlichen Teilen des Gehäuses 55 der handgehaltenen Einheit 15 positioniert, wobei in dem Ausführungsbeispiel die Antennen eine viertel Wellenlänge oder ungefähr drei Zoll voneinander beabstandet sind, so daß abhängig von der Umgebung eine gefunden werden kann, die ein deutliches Signal erzeugt, wenn die andere dies nicht tut. I/O Instruktionen, die durch den CPU 40 ausgeführt werden, betätigen die T/R Kontrolle und Antennenauswahl auf den Leitungen 92 und 93. Eine Leistungssteuerung 94 wird auch durch die Steuerleitungen 95 von dem Interface 85 (und somit von dem CPU 40) aktiviert zum Einschalten oder Ausschalten der Versorgungsspannung, die zu der Übertragungsschaltung geht und zwar über die Leitung 96 oder die zu der Empfangsschaltung geht über die Leitung 97. Der Sender wird ausgeschaltet, wenn er nicht verwendet wird, um Leistungsverbrauch zu reduzieren, er kann aber sehr rasch angeschaltet werden und auf Leitung gebracht werden, da es keine F.C.C. Einschränkungen hinsichtlich Fehlübertragungen oder Abfall (Spillage) in dem verwendeten Band gibt, und die Empfänger sind in der Lage, dem Signal durch die AFC Schaltung zu folgen. Die Empfängerschaltung umfaßt einen HF-Verstärker 98, einen Mischer 99 und eine ZF-Verstärkerstufe 100, die bei 45 MHz gefiltert wird, wobei der lokale Oszillator ein spannungsgesteuerter Oszillator 101 ist, der durch einen Synthesizer 102 betrieben wird zum Erzeugen einer 947 bis 973 MHz-Frequenz (45 MHz oberhalb der verwendeten Frequenz). Der Synthesizer 102 empfängt den Zwei-MHz-Takt von dem CPU 40 über Leitung 103 und erzeugt Eingänge bzw. Eingangssignale für einen Differenzialverstärker 104, dessen Ausgang bzw. Ausgangssignal den Oszillator 101 steuert, und zwar mit Feedback bzw. einer Rückkopplung von dem Oszillatorausgangssignal durch einen geeigneten Teiler 105. Die bestimmte Betriebsfrequenz wird in dem Synthesizer 102 ausgewählt durch einen binären Code, der über die Schnittstelle 85 in den Eingang 106 geladen wird und zwar von den CPU 40. Der Ausgang bzw. das Ausgangssignal 107 der ZF-Stufe 100 wird an einen Detektor 108 angelegt, der auf die FSK-Modulation anspricht zum Erzeugen eines seriellen binären Datenausgangs bzw. Ausgangssignals auf einer Leitung 109 entsprechend der 8b, und dieser Datenausgang bzw. das Ausgangssignal 109 wird an das Interface bzw. die Schnittstelle 85 angelegt, um mit einer 3X der Chip- oder Fragmentrate abgetastet zu werden, wie oben beschrieben, um die drei binären Datenströme A, B und C zu erzeugen, die in den Speicher 41 geladen werden. Die Detektorschaltung 108 erzeugt auch eine automatische Frequenzsteuerung oder einen AFC-Ausgang bzw. ein Ausgangssignal 110 über den Differentialverstärker 111, und diese AFC Spannung wird zu der Konditionierschaltung 88 zurückgeführt für den spannungsgesteuerten Oszillator 86 des Senders. Während der Sender somit arbeitet, wird auch der Empfangskanal mit Leistung versorgt, um die AFC Spannung auf der Leitung 110 zu erzeugen zum Einstellen der Frequenz des Oszillators 86. Zusätztlich erzeugt der Detektor 108 eine Spannung auf der Leitung 112, welche die Signalstärke in dem Empfangsmodus darstellt, und diese Spannung ist verfügbar, um durch den CPU 40 an der Schnittstelle 85 abgelesen zu werden; auf diese Art und Weise können die Signale, die durch die Antennen 45a und 45b erzeugt werden, verglichen werden, und es können auch die unterschiedlichen verfügbaren Frequenzen für HF-Signalniveaus überprüft werden. Die Information kann in einem Algorithmus verwendet werden zur Auswahl des optimalen Sende-/Empfangs-Kanals. Die Schaltung gemäß 9 kann mit im Handel erhältlichen integrierten Schaltungsvorrichtungen aufgebaut sein; z. B. kann eine MMBR901 Vorrichtung für die Oszillatoren 86 und 101 und den HF-Verstärker 98 verwendet werden, der Leistungsverstärker 90 kann diese MMBR901 Vorrichtung und eine MMBR571 Vorrichtung umfassen, der Synthesizer kann eine MC145158 Vorrichtung sein, und der Detektor 108 kann eine MC13055 Vorrichtung sein. PIN Dioden werden für die Antennenauswahlschalter und den T/R Schalter in der Schaltung 91 verwendet. Die Reichweite eines Senders dieses Aufbaus beträgt ungefähr 500 Fuß in einer Handelsumgebung mit einer Leistung von ungefähr einem Watt; der Sender/Empfänger konsumiert ungefähr 100 mA in der Empfangsbetriebsart und ungefähr 450 mA in einer Übertragungs- bzw. Sendebetriebsart.
In 10 ist der Sender/Empfänger 34 in größerer Einzelheit gezeigt. Diese Schaltung kann zum großen Teil genauso aufgebaut werden wie die gemäß 9, wobei aber bestimmte kritische Ausnahmen bestehen. Der Oszillator 86 mit seiner Konditionierschaltung 88 und der AFC Rückkopplung 110 ist derselbe genauso wie der Leistungsverstärker 90. Die Leistungsversorgungssteuerung 94 gemäß 9 wird in der Basisstation jedoch nicht verwendet, da der Empfänger zu jeder Zeit arbeiten muß und es natürlich keine Bedenken hinsichtlich des Batterieverbrauchs gibt. Serielle binäre Daten auf einem Speicher 31 werden an den Eingang 87 von dem Interface 85 angelegt, der mit dem Bus 32 verbunden ist, der aus einem 16 Bit Adressenbus 32a, einem 15 Bit Port- oder Anschlußbus 32b, einem Steuerbus 32c und einem 24 Bit Datenbus 32d besteht, gemäß der Definition für die DSP56001 Vorrichtung, die in einem Beispiel verwendet wird; wenn ein V-25 Mikroprozessor verwendet wird, dann enspricht der Bus 32 natürlich einem Bus des 8088 Typs. Der Anschlußbus 32b für einen DSP56001 besitzt 15 Leitungen, die entweder als Eingänge oder Ausgänge durch die Mikroprozessorvorrichtung 30 verwendet werden, und somit können diese verwendet werden anstelle der I/O Register, die oben für die 8088 Vorrichtung in 9 genannt wurden. Der HF-Verstärker 98, der Mischer 99 und der ZF-Verstärker 100 sind diesselben wie in 9, genauso wie der lokale Oszillator 101 und der Synthesizer 102. Der binäre Eingang 106 zur Auswahl der Frequenz des Synthesizers kann parallel anstatt seriell ausgebildet sein zum Laden von dem Anschlußbus 32b über das Interface bzw. die Schnittstelle 85. Die Sende/Empfange-Auswahlschaltung 91 ist diesselbe wie in den entfernten Einheiten 15, aber die Antennenauswahl kann mehr als zwei Antennen besitzen, d. h. Antennen 35a, 35b, 35n zur Auswahl (z. B. acht), und die Antennenauswahlsteuerung auf den Leitungen 92 ist daher größer als ein Bit. Der CPU 30 sendet eine Multibitsteuerung bzw. ein Steuersignal über den Anschlußbus 32b zur Auswahl der Antennen 35a, 35b, ..., 35n, die verwendet werden sollen. Ein wichtiger Unterschied ist, daß der serielle Datenausgang bzw. das Ausgangssignal von dem Detektor 108 auf der Leitung 109 mit einem zugewiesenen 144 Bit (d. h. 3 × 48 Bit) Schieberegister 115 verbunden ist, das mit 2 MHz getaktet wird durch den Takteingang bzw. das Eingangssignal 116 von dem CPU 30, um in Echtzeit nach den 48 Chips bzw. Fragmenten des Startsymbols 72 zu schauen. Auf diese Art und Weise sind in dem Register 115 zu jedem Zeitpunkt die letzten 144 Bit des empfangenen, detektierten, abgetasteten HF Signals verfügbar, was 48 Chips bzw. Fragmenten 80 des Signals in 8a entspricht, wie es in 8b detektiert wurde und mit der Rate abgetastet wurde, wie in 8c zu sehen ist. Der Inhalt dieses Schieberegisters 115 wird in Echtzeit dekodiert, einmal während jeder 200 MHz Taktperiode durch einen Dekoder 117 ausgewertet, ob er den pseudozufälligen binären Codewert darstellt, der in der EX.OR Funktion in der entfernten Einheit 15 zum Kodieren der Daten verwendet wurde. Dieser Codewert kann in dem Dekoder 117 verändert werden durch Laden einer neuen binären Zahl von dem CPU 30 über das Interface 85 unter Verwendung des Anschlußbusses 32b und dem Eingang 118. Oder alternativ könnte der in dem Dekoder 117 verwendete Code festgelegt sein unter Verwendung einer PROM-Vorrichtung für dieses Netzwerk oder für diese bestimmte Basisstation. Wenn ein gültiges 48 Bit Startsignal 72 eines Pakets 17 in dem Dekoder 117 erkannt wird, unter Verwendung des ausgewählten Vertraulichkeitsniveaus (nicht alle Bits müssen gültig sein), wird ein Signal an dem Ausgang 119 zu dem Interface 85 erzeugt, das durch den CPU 30 erkannt wird, bedeutet, daß ein gültiges Paket 17 ankommt und somit werden die seriellen Daten auf der Leitung 109 von diesem Punkt an in den Speicher 31 kopiert und zwar über das Zwischenglied des seriellen Ladens in ein Register in dem CPU 30, und dann führt der CPU Move- bzw. Verschiebungsinstruktionen durch, um sie in den Speicher zu laden. Da nur eine der drei Abtastun gen die besten Daten enthält, muß dann nur jedes dritte Bit zu dem Speicher 31 übertragen werden, oder es können alle geladen werden, und der CPU 30 kann zwei drittel der ankommenden Daten auf der Leitung 109 verwerfen. Ein weiterer Unterschied dieser Sender/Empfängerschaltung gemäß 10 im Vergleich zu 9 ist, daß das HF-Signal-Stärken-Ausgangssignal 112 von dem Demodulator 108 ein analoges Signal ist, das an einen Pegeldetektor 120 angelegt wird, der einen Multibitwert auf den Leitungen 121 von dem Anschlußbus 32b empfängt, so daß ein Ausgang bzw. Ausgangssignal 122 von diesem Schwellenwertdetektor 121 verfügbar ist, um durch den CPU 30 über seinen Anschlußbus 32b gelesen zu werden. Auf diese Art und Weise führt der CPU 30 einen Algorithmus durch zum Überprüfen der HF-Kanäle durch Schalten von HF-Frequenzen und den 16 oder so verfügbaren (über den Eingang 106 des Synthesizers) durch Schalten der Antennen (über den Eingang 92 der Antennenauswahl) und durch Definieren des zu suchenden Niveaus (über Leitungen 121), während für jeden Versuch der Ausgang bzw. das Ausgangssignal 122 in den Speicher 31 kopiert wird. Die optimale Frequenz für den Träger (in dem 902 bis 928 MHz Band) und die optimale Antenne 35a bis 35n kann somit ausgewählt werden.
In 11 ist ein Flußdiagramm eines Beispiels eines Programmtyps dargestellt, der durch den CPU 40 in der entfernten Einheit 15 ausgeführt wird. Für dieses Beispiel wird angenommen, daß der Laserscanner-Strichcodeleser gemäß 5 als Datensammelvorrichtung verwendet wird. Der Lehrlauf oder Ruhezustand des Programms ist eine Schleife, die durch den Entscheidungsblock 125 angezeigt wird, die überprüft, ob der Auslöser 54 betätigt ist und, wenn dies zutrifft, wird das Scannen gestartet durch Aktivieren der Laserquelle 58 und des Scanmotors 60, wie es durch den Block 126 angezeigt ist. Der CPU 40 geht dann in eine Schleife 127, um auf Strichcodedaten von der Vorrichtung 43 zu warten; wenn keine gültigen Strichcodedaten zum Ende einer Zeitdauer bzw. Time-out-Periode empfangen wurden, die durch den Entscheidungspunkt 128 angezeigt ist, dann kehrt die Steuerung zu der Startschleife 125 zurück. Wenn Strichcodedaten detektiert wurden, dann geht die Steuerung zum Block 129 zum Laden der Strichcodedaten in den Speicher 41 und zum Überprüfen der Gültigkeit unter Verwendung der für die spezifische Verwendung geeigneten Kriterien. Als nächstes bestimmt der Entscheidungspunkt 130, ob eine Paketübertragung notwendig ist oder nicht, und wenn dies der Fall ist, wird eine Routine 131 gestartet, um das Paket zu bilden durch Addieren des Startsymbols 32, des Headers 73 und des CRC-Feldes 79; wenn die Beidanzahl bzw. Zählung kleiner ist als 29 für das Datenfeld 78, dann werden Nullen nach dem CRC-Feld hinzuaddiert, um eine feste Übertragungszeit vorzusehen. Es wird dann eine Routine 132 verwendet zum Spreaden bzw. Ausbreiten und Codieren des Paketes, und als nächstes wird der Empfänger im Punkt 133 aktiviert, indem der Leistungsversorgung 94 signalisiert wird, eine Versorgungsspannung an die Empfangsbauteile über die Leitung 97 in 9 anzulegen. Der CPU überprüft dann den Ausgang bzw. das Ausgangssignal 112, um zu sehen, ob der Kanal ruhig ist, was durch den Entscheidungspunkt 134 angezeigt ist; wenn dies nicht der Fall ist, wird in eine Warteschleife 135 eingetreten, um eine ausgewählte Zeit ablaufen zu lassen, bevor ein Wiederversuch gestartet wird, indem in den Block 133 zum Aktivieren des Empfängers zurückgegangen wird. Wenn der Kanal ruhig ist, wird der Empfänger deaktiviert, und die Senderschaltung wird im Block 135 aktiviert, und es wird ein Timer gestartet zum Definieren der Zeitperioden gemäß 2, wie durch den Block 136 angezeigt ist. Bytes des Übertragungs- bzw. Sendepakets 17 werden von dem Speicher 41 zu dem Sender geladen bzw. geleitet über eine Schleifenroutine 137, welche die Bytes zählt, und wenn alle geladen wurden, wird im Entscheidungsblock 138 die Auszeit bzw. Zeitperi ode zur Bestimmung der Zeit t₂ eingegeben. Wenn die Auszeit bzw. die Zeitperiode erreicht ist, wird der Empfänger am Punkt 139 aktiviert, und es wird in eine Schleife 150 eingetreten zum Laden aller A, B und C Samples bzw. Abtastergebnisse von dem Sender zum Speicher 41. Wenn t₂ + t₄ erreicht ist, wird der Empfänger im Block 141 deaktiviert, und der CPU beginnt eine Routine 142 zum Testen jeder der A, B und C Datenströme entsprechend der Zeit t₃ zum Erzeugen eines Korrelationsniveaus, das den Grad der Korrelation mit der erwarteten Startsymboldetektierung eines gültigen Pakets anzeigt. Das höchste Korrelationsniveau wird ausgewählt (A, B oder C) und an einem Entscheidungspunkt 143 gegenüber einem Schwellenwert getestet, der aufgestellt wurde zur Annahme eines guten Pakets (z. B. 41 aus 48). Wenn dieser Test nicht funktioniert, dann wird angenommen, daß kein Bestätigungspaket 18 empfangen wurde, und das Paket wird erneut verschickt durch erneutes Eintreten in das Flußdiagramm im Block 133 und zwar über den Pfad 144. Wenn der Test funktioniert, dann dekodiert der CPU den ausgewählten A, B oder C Datenstrom und führt diesen zusammen bzw. führt ein Entspreaden durch und zwar im Block 145, und am Punkt 146 führt er einen CRC Check bzw. eine Überprüfung durch. Wenn die CRC Überprüfung durchfällt, wird das Paket 18 verworfen, und es wird der Pfad 144 zum erneuten Versenden gewählt. Wenn die CRC Überprüfung durchgeht, dann beginnt der CPU eine Routine 147, um zu sehen, ob eine Rückrufanforderung in den Daten des Pakets 18 enthalten ist, und wenn dies der Fall ist, dann wird im Punkt 148 ein Timer geladen, um die Periode zu zählen, welche durch die Basisstation in dem Bestätigungspaket angefordert wurde. Es wird ein Standardrückrufpaket 17 in dem Speicher 41 erzeugt durch eine Routine 149, die kein Datenfeld enthält, sondern nur dazu dient, der Basis zu erlauben, Daten zu dieser entfernten Einheit zu senden. Es wird eine Schleife 150 gestartet, um auf eine Zeitperiode bzw. eine Auszeit der im Block 148 eingestellten Periode zu warten, und wenn diese erreicht ist, wird über den Pfad 144 in die Sendefunktion eingetreten. Wenn keine Rückrufanforderung vorhanden war, dann unternimmt der CPU was immer durch die Daten vorgegeben ist, was üblicherweise das Anzeigen der empfangenen Daten im Block 151 umfaßt, und dann geht er zurück zu der Startschleife 125.
Es sei bemerkt, daß die in dem Ausführungsbeispiel verwendete Direktsequenz Spread Spectrum HF-Modulationstechnik von den Frequenz-Hopp-Verfahren in einigen Spread Spectrum Systemen unterschieden werden muß. Das Frequenz-Hopp-Verfahren besteht aus dem "Spreaden" oder Ausbreiten einer kleinen Anzahl von Datenbits zu einer großen Anzahl von Chips vieler unterschiedlicher Frequenzen mit einem Pseudorauschgenerator, d. h. ein pseudozufälliges Spreaden bzw. Ausbreiten über eine große Anzahl von Frequenzen (auch "fast hopping" bzw. schnelles Springen) anstelle des hier verwendeten Direktsequenzverfahrens. Das pseudozufällige Fast Hopping Verfahren wäre für diese System weniger geeignet, da die HF-Schaltung, die in der entfernten Einheit gebraucht würde, wie sie in 9 gezeigt ist, aufwendiger und teurer wäre. Die Verwendung einer kleineren pseudozufälligen Anzahl von Sprüngen ("slow" hopping oder langsames Springen) ist auch aufwendiger hinsichtlich eines HF-Standpunktes und bringt Probleme hinsichtlich der Erfüllung von F.C.C. Richtlinien mit sich. Somit ist der Direktsequenzansatz, der nur zwei Frequenzen verwendet, für das vorliegende System besser geeignet, da die Komplexität dem CPU auferlegt wird zum Kodieren und Dekodieren der binären Daten anstelle des HF-Abschnitts zum Erzeugen einer raschen Schaltung zwischen Frequenzen zwischen einer weit ausgebreiteten Anzahl von Alternativen.
Der pseudozufällige binäre Codewert, der verwendet wird für die EX.OR-Operation mit den Daten muß keinen Fehlerkorrekturcode verwenden (obwohl ein Fehlerkorrekturcode verwendet werden kann, wenn dies zweckmäßig ist). In dem verwendeten Vorgang wird nicht versucht, Impulsrauschen in dem HF-Spectrum entgegen zu wirken. Wenn ein übertragenes Paket 17 oder 18 durch Rauschen gestört bzw. verstört wird, dann wird es durch den Dekoder 117 oder durch die äquivalente Softwaredekodierung aus dem Speicher 41 in der entfernten Einheit 15 nicht erkannt, und somit wird das Paket erneut übertragen; wenn die entfernte Einheit 15 ein Paket 18 empfängt, überträgt es sein Paket 17 wieder und zwar nach einer Auszeit bzw. einer bestimmten Zeitperiode.
Das in den Sendern/Empfängern 34 und 46 verwendete Modulationsverfahren ist nicht koherentes FSK (frequency shift keying). Diese Technik ist empfindlich gegenüber bestimmten Arten von Jamming bzw. Störungen, wie z. B. einer starken Einzelfrequenz (Rauschen) innerhalb des 902 bis 928 MHz Bandes. Dieses Band wird für alle möglichen Arten von Vorrichtungen ohne Einschränkung verwendet, und es kann z. B. in dem Bereich durch eine HF-Schmelzvorrichtung verwendet werden. Wenn Jamming oder Störungen dieses Typs auftreten, können die Algorithmen, die durch den CPU 30 in der Basisstation ausgeführt werden, verwendet werden zur Erkennung des sehr hohen Fehlerniveaus über den Eingang 122, und dann wird ein Befehl an den Synthesizer 102 in dem HF-Sender/Empfänger 34 geschickt, um ein anderes seiner 16 Frequenzbänder auszuwählen, und hoffentlich erlaubt das neue Frequenzband eine bessere Übertragung. Die Eigenschaft, daß der HF-Sender/Empfänger 34 in einer Basisstation in der Lage ist, die derzeitige HF-Energie am Ausgang 122 innerhalb jedes seiner 16 Bänder, die er verwenden kann, zu messen, ist eine wichtige Eigenschaft; dies erlaubt die Auswahl des ruhigsten Bandes, das verfügtbar ist für die Frequenz, die verwendet wird für den Austausch über Pakete 17 und 18.
Der Sender/Empfänger 34 in der Basisstation spricht auf das Synchronisierungsstartsignal 72 eines Pakets 17 in Echtzeit an, und zwar mittels des Registers 115 und den Dekoder 117 im Gegensatz zu der entfernten Einheit 15. Die entfernte Einheit bringt das Paket oder die Chipsequenz für den HF-Senderoszillator 86 in Serie, wartet dann eine genaue Zeitdauer (ungefähr 5 Millisekunden), wie es durch ein Timerregister gesteuert durch den CPU 40, der den 200 MHz Takt zählt, vorgegeben wird und tastet dann den Ausgang 109 des HF-Empfängers 108 mit genau der dreifachen der Chiprate ab, wie in 8c zu sehen ist. Die Samples oder Proben werden in drei Sample- oder Probenstränge oder -ströme A, B und C aufgeteilt, wobei jeder Datenstrom etwas länger ist als eine Zeit eines Pakets 18, und diese werden in dem Speicher 41 gespeichert. Es wird angenommen, daß die abgetasteten Datenstränge ein Antwortpaket 18 von der Basis sind. Die CPUs 30 und 40 sind natürlich assynchron, aber das Timing der 2 MHz Takte für diese CPUs in den entfernten Einheiten 15 und den Basisstationen 12, 13 und 14 sollte aufeinander abgestimmt sein mit einer Genauigkeit von ungefähr 40 ppm (parts per million, d. h. Teilen pro Million, d. h. Chips oder 1,5 Mikrosekunden-Perioden-Verschiebung pro einer Million Chips), so daß während der Detektierung eines der Pakete 17 oder 18, die ein Maximum von 2600 Chips an Länge besitzen, die Verschiebung nicht einen schmalen Teil eines Chips übersteigt, d. h. einen sehr kleinen Teil von 1,5 Mikrosekunden. Diese Taktgenauigkeit ist mit kostengünstigen Kristalloszillatoren verfügbar.
Nachdem sich die empfangenen Daten in dem Speicher 41 befinden, bestimmt der durch den CPU 40 ausgeführte Code, welcher der drei Sample- bzw. Probenströme verwendet wird, und wo die Aufzeichnung in dem Strom beginnt. Es gibt drei Synchronisationsniveaus, die die entfernte Einheit 15 erreichen muß: Phasensynchronisation, Symbolsynchronisation und Paketsynchronisation. Phasensynchronisation hat damit zu tun rauszufinden, welche der drei Proben A, B oder C sich pro Chip am nächsten an der Mitte des Chips oder Fragments befindet, und daher am wahrscheinlichsten den wahren Wert des Chips oder Fragments darstellt; wie in 8c zu sehen ist, ist einer der Probensätze A, B oder C normalerweise wahrscheinlicher in der Mitte der Wellenform gemäß 8b, so daß dieser am genauesten sein wird, aber einer oder zwei der Sätze befinden sich in der Nähe der Übergangspunkte, und sie wären somit dazwischenliegend. Symbolsynchronisation ist die Ausrichtung des ankommenden Chipstroms mit dem Startpunkt des >2600 Bit langen binären Codewertes. Schlußendlich ist die Aufzeichnung oder Paketsynchronisation das Finden des Anfangs des Pakets 17 oder 18. Da alle Übertragungen einer entfernten Einheit 15 mit einem festen Chipmuster (dem Synchronisationssignal 72) beginnen, erreicht die entfernte Einheit 15 alle drei Synchronisationsniveaus mit einem Mal durch Untersuchung der ersten paar Proben. Um ein einfaches Beispiel zu geben, nehmen wir an, daß das feste Chipmuster acht Chips oder Fragmente lang ist und, daß die Aufzeichnung innerhalb eines sechs Mikrosekunden-(4 Chip)-Fensters gestartet hat. Bei drei Proben pro Chip gibt es zwölf Orte, an denen das Paket 18 angefangen haben kann. Für jeden potentiellen Startort wird die entsprechende acht Chip Sequenz herausgezogen und mit einer Nachschautabelle mit der gewünschten Sequenz verglichen; wenn eine mit einer genauen Übereinstimmung oder einer sehr nahen Übereinstimmung gefunden wird, dann wurden sehr wahrscheinlich alle drei Synchronisationen bzw. Synchronisierungen erreicht. Im Gegensatz zu einigen herkömmlichen Spread-Spectrum-Verfahren gibt es keine Notwendigkeit für ein Phasentrekking bzw. eine Phasenverfolgung, sobald die Phasensynchronisierung erreicht wurde, da die übertragenen Pakete 17 und 18 so kurz sind und praktisch keine Dopplereffekte auf treten; die entfernten Einheiten 15 sind entweder stationär oder sie bewegen sich mit geringen Geschwindigkeiten während der Übertragungszeit. Wenn die beste Übereinstimmung, die in der Nachschautabelle zu finden ist, nicht sehr gut ist, wird das Paket 18 an diesem Punkt verworfen, und es wird ein neuer Austausch initiiert unter Verwendung der alternativen Antenne oder einer anderen Frequenz.
Ein Übergabe- oder hand-off-Protokoll wird verwendet, um jede entfernte Einheit 15 einer spezifischen Basisstation zuzuordnen. Es ist wichtig, daß nur eine Basisstation 12, 13 oder 14 einer entfernten Einheit 15 zu einer vorgegebenen Zeit zugewiesen ist; ansonsten könnten zwei Basisstationen simultan auf ein Paket 17 ansprechen, wenn eine entfernte Einheit einen Austausch versucht, und die zwei Bestätigungspakete 18 könnten miteinander interferieren. Bevor irgendeine Basisstation überhaupt auf eine entfernte Einheit anspricht, muß die Basisstation die Seriennummer oder Vorrichtungs-ID für eine entfernte Einheit 15 von dem Hostcomputer 10 empfangen, und zwar über die Verbindung 11, und eine Tabelleneintragung in ihrem Speicher 31 vornehmen. Alle Basisstationen empfangen dieselbe Nummer von dem Host, aber nur eine Basisstation ordnet sich selbst willkürlich dieser entfernten Einheit zu unter Verwendung eines Algorithmus; z. B. können die Basisstationen entfernte Einheiten nur basierend auf den Seriennummern oder Vorrichtungs-IDs auswählen. Wenn eine Basisstation ein Paket 17 von einer ihrer entfernten Einheiten (mit der Vorrichtungs-ID, die einer in der Liste entspricht) empfängt, sendet diese Basisstation ein Bestätigungspaket 18 als Antwort auf den Austausch und zeichnet in ihrem Speicher 31 die Zeit und Qualität (Anzahl der Fehler) des Datenpakets 17 auf. Alle anderen Basisstationen, die auch dieses Paket 17 des Austauschs von dieser entfernten Einheit empfangen, zeichnen nur die Zeit und Qualität auf. Jede Minute oder so veröffentlicht jede Basisstation (sie sendet zu den anderen Basisstationen über die Verbindung 11) die Liste der entfernten Einheiten, von denen sie in der letzten Minute gehört hat und die Qualität. Wenn eine andere Basisstation eine viel höhere Qualitätsrate besitzt als die ursprünglich zugewiesene, wird die Zuordnung dieser bestimmten entfernten Einheit über Nachrichtenaustausche zwischen den involvierten zwei Basisstationen bewegt bzw. ausgetauscht. Zu jedem Zeitpunkt besitzt jede Basisstation in ihrem Speicher eine Liste der Seriennummern (ID-Nummern) der entfernten Einheiten, auf die sie anspricht, und wann immer ein Paket 17 empfangen wird, wird die ID-Nummer in dem Feld 74 mit der Liste in dem Speicher verglichen, um zu sehen, ob von dieser Basisstation ein Antwortpaket 18 versandt wird. Es gibt viele Gründe, warum eine entfernte Einheit 15 keine Antwort auf einen Austausch gemäß 2, den sie initiiert, empfängt, und für jeden Grund ist eine unterschiedliche Strategie verfügbar, um die Kommunikation wieder herzustellen. Ein Problem ist, daß sich eine entfernte Einheit aus dem Bereich einer Basisstation herausbewegt hat, aber noch immer innerhalb des Bereichs einer anderen Station ist. In diesem Fall sendet die entfernte Einheit einen "Hilferuf", der ein kurzes Paket 17 ist, bestehend aus wenig mehr als dem Standardsynchronisierungssignal 72 und seiner Seriennummer. Dieses Paket wird zweimal verschickt, und zwar einmal von jeder der zwei Antennen 35a und 35b. Für diese bestimmte Art eines Austauschs kann die Antwort eine feste Zeitdauer nach jedem der ersten und zweiten dieser Pakete 17 ankommen. Es wird eine längere Zeitverzögerung, z. B. 100 Millisekunden, für das Antwortpaket 18 erlaubt, um jeder Basisstation, die den Hilferuf hört, zu erlauben, über einen Austausch mit der Basisstation zu kommunizieren, die normalerweise für diese entfernte Einheit zuständig ist. Nachdem die zuständige Basisstation von allen anderen Basisstationen, die den Ruf gehört haben, benachrichtigt wurde, kann sie bestimmen, welche Basisstation die neue, zuständige Basisstation sein soll und die Verantwortung an diese Basisstation übertragen, und zwar in einer Zeit, die ausreicht, daß diese Basisstation das Antwortpaket 18 schickt. Die Antwort wird anzeigen, welche Antenne am besten funktioniert hat, d. h. die wenigsten Fehler erzeugt hat. Wenn die entfernte Einheit keine Antwort auf diesen Hilferuf erhalten hat, ist die entfernte Einheit wahrscheinlich außerhalb des Bereichs aller Basisstationen zu diesem Zeitpunkt (z. B. innerhalb eines aus Metall bestehenden LKW) und der Hilferuf wird später wiederholt, und zwar nach einer bestimmten Zeitperiode bzw. einer Auszeit. Nach mehreren Minuten ohne Kommunikation wird der in dieser entfernten Einheit durchgeführte Algorithmus folgern, daß sich die Netzwerkbetriebsfrequenz verändert hat und es werden Hilferufe auf den anderen Frequenzen verschickt, und zwar ein Hilferuf zu einem Zeitpunkt.
Ein wichtiges Merkmal bzw. eine wichtige Eigenschaft eines Ausführungsbeispiels der Erfindung ist das Messen des Qualitätsfaktors der empfangenen Pakete 17 an den Basisstationen 12, 13 und 14. Wie oben bemerkt, wird der Qualitätsfaktor verwendet bei der Bestimmung, welche entfernte Einheit welcher Basisstation zugewiesen wird, und zwar entweder anfänglich oder in periodischen Neuausrichtungen oder auf einen Hilferuf hin. Der Qualitätsfaktor ist die Anzahl der gültigen Bits, die sich aus der Dekodierung des 44 Bit Startsymbols 72 in dem Dekoder 117 ergibt; das Paket wird als gute Daten selbst dann akzeptiert, wenn die Anzahl der gültigen Bits, die gefunden wurden, beim Vergleich des ankommenden Symbols 72 mit einer gespeicherten Version des korrekten pseudozufälligen Codes (in dem Beispiel) 35 aus 44 beträgt, aber diese Nummer wird in dem Speicher 31 gespeichert, selbst wenn sie sich in dem 35 bis 44 Bereich befindet, und sie wird verwendet, um zu bestimmen, welche Basisstation das beste Signal von einer gegebenen entfernten Einheit erhält. Das heißt, die zugewiesene Basisstation kann in der Lage sein, die ankommenden Pakete recht adequat zu empfangen und zu dekodieren, aber sie könnte einen durchschnittlichen Qualitätsfaktor von 38 besitzen, wohingegen eine andere Basisstation, die dieselben Pakete empfängt, einen Qualitätsfaktor von 44 besitzt, so daß offensichtlich ist, daß die letztere Einheit in einer besseren Empfangssituation bezüglich der in Frage stehenden entfernten Einheit ist, und somit sollte das nächste Mal, wenn Nachrichtensätze zwischen Basisstationen ausgetauscht werden, die Verantwortung zu der Basisstation übertragen werden, welche mit einer besseren Qualität empfängt. Es sei bemerkt, daß der Qualitätsfaktor unterschiedlich ist vom einfachen Messen der Signalstärke, die bei dieser Art Umgebung weniger signifikant ist infolge des hohen Grades an Multi-Pathing bzw. Multipfadbildung; ferner verändert sich die Signalstärke mit dem Abstand, und sie kann sich über Größenordnungen hinweg verändern, und noch immer einen perfekten Empfang ergeben. Nur das Messen des HF-Niveaus gibt keine Information über das Rauschen und Interferenz in der Umgebung. Da keine Fehlerdetektierung und Korrektur im System verwendet wird, da dies sehr berechnungsaufwendig ist, sei bemerkt, daß es kein Qualitätsmaß für einen Fall eines katastrophalen bzw. vollständigen Ausfalls gibt (was auftreten würden, wenn die CRC nicht stimmt), und somit sieht die Verwendung dieser Korrelationsnummer aus der Dekodierung des Startsymbols 72 ein Maß bzw. eine Messung vor, die eine frühe Anzeige eines sich verschlechternden Signals geben kann, und zwar lange bevor das Signal so schlecht wird, daß es nicht mehr zu gebrauchen ist. Der Qualitätsfaktor (Korrelationskoeffizent für das Startsymbol 72) kann Verbindung mit der HF-Signalstärkeanzeige, die an dem Eingang 121 in einer Basisstation verfügbar ist, verwendet werden; wenn die Korrelation schlecht ist, aber die HF-Signalstärke gut ist, gibt es ein Frequenzproblem und somit wird der Kanal verändert, wenn die Korrelation hinge gen schlecht ist, und die Signalstärke schlecht ist, wird die Basisstation geändert durch Weiterreichen der Verantwortung.
Obwohl die 24 Bit Seriennummer jeder entfernten Einheit, die jemals hergestellt wird, wahrscheinlich einzigartig ist (224 = 16 Millionen), besitzen die meisten Nachrichtenpakete 17 der entfernten Einheit nur eine 13 Bit Kennung oder einen Kurznamen in dem Nachrichtenheaderfeld 74. Wenn sich zwei Netzwerke gemäß 1 in überlappenden Bereichen befinden, könnten ihre Nachrichten vermischt werden; bei einer Ausstellung bzw. Messe könnten sich z. B. mehrer dieser Netzwerke in demselben HF-Raum befinden. Die Basisstationen jedes Netzwerks können eine unterschiedliche Frequenz zur Verwendung während der Initialisierungsperiode verwenden, wenn alle Frequenzen hinsichtlich Rauschen oder Verkehr überprüft werden, und ferner können die anfänglichen Nachrichten von jeder entfernten Einheit eine vollständige Seriennummer benötigen. Eine viel sicherere Technik diktiert die Verwendung eines unterschiedlichen zufälligen Chipping bzw. Aufteilungsmusters für jedes Netzwerk, d. h. es wird ein unterschiedlicher pseudozufälliger binärer Code verwendet für die EX.OR-Operation mit den Daten. Dann wären die zwei Netzwerke nicht in der Lage, die Nachrichten des anderen Netzwerks zu entziffern oder sogar die Gegenwart des anderen zu detektieren; es gäbe zusätzliche Kollisionen, aber die Pakete eines Netzwerks wären für das andere Netzwerk vollständig nicht entschlüsselbar. Diese Technik der Verwendung unterschiedlicher Chipping bzw. Aufteilungsmuster erfordert jedoch, daß der Netzwerkmanager (ein Mensch) jeden entfernten Terminal initialisiert. Zu diesem Zweck besitzt jede entfernte Einheit 15 einen RS-232 Verbinder (gekoppelt mit dem Bus 42), der mit dem Hostcomputer 10 temporär zur Initialisierung gekoppelt wird, und wobei zu diesem Zeitpunkt der einzigartige pseudozufällige binäre Codewert in den Speicher 41 geladen wird und danach in der EX.OR-Funktion verwendet wird. Die als das ID-Feld 74 eines Pakets 17 verwendete Kennung wird auch zu diesem Zeitpunkt geladen. Basisstationen, die mit dem Hostcomputer 10 über ein Kabel 11 verbunden sind, werden über diese Kabel initialisiert. Basisstationen, die mit dem Hostcomputer 10 nur über eine HF-Verbindung (z. B. Basisstation 14, wie in 1 dargestellt) verbunden sind, könnten ein Standardchipping bzw. ein Aufteilmuster verwenden, das nur zur Initialisierung verwendet wird, aber vorzugsweise werden sie temporär über die serielle Verbindung 11 zur Initialisierung verbunden und arbeiten dann später über die HF-Verbindung. Eine Basisstation kann programmiert werden, dieses Standardmuster auf einen Befehl von dem Hostcomputer zu verändern oder wenn sie für eine lange Zeit außer Kommunikation standen. Ein alternatives Sicherheitsverfahren bei überlappenden Netzwerken erfordert, daß jedes Nachrichtenpaket 17 oder 18 die vollständige 24 Bit Seriennummer der entfernten Einheit enthält. Dies fügt 11 Bit zu dem Header hinzu, und dabei wird angenommen, daß der Hersteller immer die Seriennummer in allen hergestellten Vorrichtungen kontrollieren bzw. steuern kann.
In einem Ausführungsbeispiel wird eine unterschiedliche binäre Codesequenz bei den Spreading- bzw. Ausbreitungs- und Kodierschritten in jeder Basisstation und ihren zugewiesenen entfernten Einheiten verwendet. In diesem Fall kann eine der entfernten Einheiten 15 einen Austausch mit seiner Basisstation 12, 13 oder 14 durchführen, während zur selben Zeit eine weitere entfernte Einheit 15 einen Austausch mit seiner Basisstation durchführt, selbst wenn sich die zwei Paare innerhalb eines HF-Bereichs voneinander befinden; dieses ist einer der Vorteile der Spread-Spectrum-Technik, nämlich daß mehrere simultane Übertragungen in demselben Band getrennt werden können durch Verwendung eines unterschiedlichen Codes. Alternativ können, wenn jede dieser Basisstationen eine unterschiedliche Frequenz in dem 902 bis 928 MHz Band bei seinen Kommunikationen mit den entfernten Einheiten verwendet, in gleicher Weise simultane Austausche durchgeführt werden. Bis zu ungefähr eintausend dieser entfernten Einheiten 15 können in einem lokalen Bereich unterstützt werden, wenn das durchschnittliche Tastverhältnis bzw. der Arbeitszyklus gering ist. Ohne Einführung von Protokollmerkmalen zur Minimierung von Kollisionen kann jede Basisstation ungefähr 25 zufällig auftretende Austausche pro Sekunde durchführen bzw. unterstützen. Der Begrenzungsfaktor wird dann der Hostcomputer 10, und die Transaktionsverarbeitungsleistung des Host kann expandiert bzw. ausgedehnt werden, und durch die Verwendung einer schnelleren Taktgeschwindigkeit, einer höheren MIPS-Rate, parallelen Prozessoren und bekannten Techniken dieses Typs.

Claims

Ein Verfahren zum Übertragen von Datenpaketen (17, 18) von einer entfernten drahtlosen Kommunikationseinheit (15), welches folgende Schritte umfasst: a) Senden von Datenpaketen (17) von der Einheit (15) während einer ersten Zeitperiode (t₁), welche durch die Einheit ausgewählt wird; b) Empfangen eines Bestätigungssignals (18) bei der Einheit (15) während einer zweiten Zeitperiode (t₃), die nur eine feste Zeitverzögerung (t₂–t₁) nach der ersten Zeitperiode auftritt, wobei die Kommunikationseinheit (15) einen Standardbetriebsmodus derart hat, dass die Kommunikationseinheit angepasst ist, um nur während der zweiten Zeitperiode (t₃) zu empfangen und nur nach Übertragung eines Datenpakets (17).
Ein System zum Senden von Datenpaketen (17, 18) von einer entfernten drahtlosen Station (15) zu einer Basisstation (12, 13, 14), welches folgendes aufweist: a) Einen Sender in der entfernten drahtlosen Station (15) zum Übertragen eines Datenpakets (17) von der entfernten drahtlosen Station (15) zu der Basisstation (12, 13, 14) während einer ersten Zeitperiode (t₁), welche durch die entfernte drahtlose Station ausgewählt wurde; b) Ein Empfänger in der entfernten drahtlosen Station (15) zum Empfangen eines Bestätigungssignals (18) von der Basisstation (12, 13, 14) während einer zweiten Zeitperiode (t₃), welche nur in einem Zeitfenster nach der ersten Zeitperiode auftritt, wobei der Empfänger in der entfernten drahtlosen Station (15) angepasst ist, um von der Basisstation (12, 13, 14) nur während der zweiten Zeitperiode (t₃) und nur nachdem der Sender ein Datenpaket (17) übertragen hat, zu empfangen.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1 zur Datenübertragung zwischen einer Vielzahl von Terminals (15) und einer Basisstation (12, 13, 14), welches folgende Schritte aufweist: a) Übertragen eines Datenpakets (17) von einem der Terminals (15) zu der Basisstation (12, 13, 14), wobei das Datenpaket die Identifikation von einem der Terminals aufweist; b) Empfangen des übertragenen Datenpakets (17) bei der Basisstation (12, 13, 14) und Übertragung einer Bestätigung (18) von der Basisstation zu dem einen der Terminals (15) in einem vorbestimmten Zeitfenster (t₃), wobei die Bestätigung eine Identifikation des Terminals umfasst; c) Empfangen der Bestätigung (18) bei dem einen Terminal (15) während des vorbestimmten Zeitfensters (t₃).