DE69918290T2

DE69918290T2 - Verkehrsleitung in kleinen, drahtlosen Datennetzwerken

Info

Publication number: DE69918290T2
Application number: DE69918290T
Authority: DE
Inventors: Michael Thomas STILLER; Edward William STEPHENS; Pauline Nisha NEWMAN
Original assignee: Sarnoff Corp
Current assignee: Sarnoff Corp
Priority date: 1998-04-20
Filing date: 1999-04-20
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2019-04-21
Also published as: JP2002512479A; KR20010042878A; EP1074107A1; BR9909751A; EP1074107A4; WO1999055031A1; DE69918290D1; CN1299541A; US6130881A; US6704283B1; EP1074107B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Weiterleiten einer Nachricht in einem drahtlosen Netzwerk, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aktualisieren einer Routentabelle in einem drahtlosen Netzwerk, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Übertragen einer Nachricht in einem drahtlosen Netzwerk, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Empfangen einer Nachricht in einem drahtlosen Netzwerk und ein drahtloses Netzwerk.
Beschreibung des Standes der Technik
Typischerweise erlauben es herkömmliche drahtlose Netzwerke Knoten nur dann miteinander zu kommunizieren, wenn sie innerhalb einer gegenseitigen Reichweite (d.h. in derselben" Zelle) sind. Technisch ausgefeilte Softwareprotokolle sind typischerweise zum Steuern des Nachrichtenverkehrs erforderlich, um eine Kommunikation von einer Zelle zu einer anderen zu ermöglichen. Solche Protokolle fügen zu dem Kommunikationsaufkommen im Netzwerk typischerweise beträchtlichen Overhead hinzu. Um ausreichende Kommunikationsreichweite zu bieten, erfordern solche System typischerweise außerdem, daß jeder Knoten relativ leistungsfähige Sender hat, um mit allen Knoten in dieser Zelle zu kommunizieren. Auch wenn relativ leistungsfähige Sender verwendet werden, kann die Kommunikation jedoch unterbrochen werden, wenn der Quellknoten oder ein Zielknoten die Zelle verläßt. Darüber hinaus sind solche Systeme durch die Entfernung und die Richtung vom Quellknoten zum Zielknoten beschränkt und als ein Ergebnis davon muß komplizierte Routinginformation in regelmäßigen Abständen an alle Knoten in dem Netzwerk übermittelt werden.
Es gab eine Menge von Arbeiten auf dem Gebiet der Routingprotokolle in drahtlosen Netzwerken. Herkömmliche Systeme behandeln das Problem der Routingprotokolle in kleinen bis großen Netzwerken, in denen die Knoten nicht vorderhand bekannt sind, indem die Knoten nur durch ihre "IP-Adressen" gekennzeichnet identifiziert werden. Die zugehörigen Routingprotokolle versuchen, eine Route von der Quelle zum Ziele für Paketkommunikation zu erhalten. Solche drahtlosen Netzwerke können in zwei große Kategorien klassifiziert werden: Zellennetzwerke und Ad-Hoc-Netzwerke.
In einem Zellennetzwerk gibt es wenige Spezialknoten (allgemein als Basisstationen bezeichnet) verteilt über einen Bereich. Diese "Spezialknoten" können untereinander über Kabelnetzwerke, Satellit, höhere Sendeleistung, etc. kommunizieren. Die Benutzer, die normalerweise über geringere Sendeleistung verfügen, kommunizieren mit einem von diesen Spezialknoten. Wenn es eine Notwendigkeit gibt, mit anderen drahtlosen Knoten zu kommunizieren, dann werden die Nachrichtendaten über andere Spezialknoten ausgetauscht. Es gibt jedoch einige Protokolle, die zum Beispiel verfolgen, wo die Knoten sind und was passiert, wenn sich die sich bewegenden Knoten von eine Zelle in eine anderen bewegen.
In einem Ad-Hoc-Netzwerk andererseits gibt es keine bekannten Spezialknoten. Das Netzwerk zwischen den Knoten muß sich erst selbst aufbauen. Knoten tauschen "Hallo"-Nachrichten aus, um Nachbarn und andere Information über Nachbarn zu finden. Einige Protokolle erfordern häufiges Austauschen der eigenen Position, Verbindungen, etc. und basierend auf dieser Information versuchen alle Knoten, optimal aktualisierte Routen zu allen Knoten in dem Netzwerk beizubehalten. Andere Mengen von Protokollen behalten keine aktualisierte Routeninformation bei, sondern es wird nach dem Zielknoten gesucht, wenn ein Quellknoten mit einem bestimmten Ziel kommunizieren möchte.
In dem Artikel "Highly Dynamic Destination-Sequenced Distance-Vector Routing (DSDV) for Mobile Computers" von Charles E. Perkins und Pravin Bhagwat, XP000477054 (8282 Computer Communications Review 24 (1994) Oktober, Nr. 4, New York, USA, Seite 234-244), wird ein Ad-Hoc-Netzwerkprotokoll für mobile Computer beschrieben. Eine Routentabelle wird an jedem mobilen Host bereitgestellt und regelmäßig mittels eines Rundsendens aktualisiert und speziell bei einer Änderung in der Netzwerkkonfiguration. Die Routentabelle gibt die Anzahl von Etappen bzw. Hops an, die nötig sind, um einen gegebenen Zielhost zu erreichen, und den nächsten Host in der Reihe.
In dem Artikel "Associativity-Based Routing for Ad-Hoc Mobile Networks" von Chai-Keong Toh, XP000728588 (Wireless Personal Communications 4: 103-139, 1997) werden verschiedene Protokolle für mobile Ad-Hoc-Netzwerke beschrieben.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Verschiedene Aspekte und Eigenschaften der Erfindung werden in den Ansprüchen definiert. Die Erfindung geht davon aus, daß es wünschenswert ist, ein Kommunikationssystem mit einfachen Software-Protokollen zum Steuern des Nachrichtenverkehrs bereitzustellen, die knapp und präzise genug sind, um an jede Nachricht angehängt zu werden, ohne dem Kommunikationssystem einen beträchtlichen Overhead hinzuzufügen. Solche Protokolle sollten auch Ad-Hoc-Kommunikation zwischen den Knoten in einem drahtlosen Ad-Hoc-Netzwerk ohne Rücksicht auf die Nähe bzw. Entfernung der anderen Mitglieder des Netzwerks, insbesondere des Zielknotens, ermöglichen. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden dafür ausgelegt, diesen Bedarf im Stand der Technik zu erfüllen.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung behandeln den oben erwähnten Bedarf beim Stand der Technik, indem sie eine Technik zum Zuweisen und Verwenden von Adressen in einem kleinen, drahtlosen Datenkommunikationsnetzwerk oder einem kleinen, drahtlosen Teilnetzwerk eines größeren Netzwerks zur Verfügung stellen, bei dem die Endpunkte des Netzwerks weit verteilt sind bezogen auf die Reichweite ihrer Sender, die entweder Radio-, Infrarot- oder andere drahtlose Medien sein können. Die Endpunkte können in Bewegung sein und die Wege zwischen irgendwelchen zwei Endpunkten können sich mit der Zeit ändern.
Insbesondere beziehen sich Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf ein Verfahren zum Übertragen einer Nachricht von einem Quellknoten zu einem Zielknoten in einem kleinen, drahtlosen Netzwerk mit bis zu N Knoten, in dem an jede Nachricht prägnante (knappe und präzise) Netzwerkkonfigurationsdaten angefügt sind, was die Notwendigkeit komplexer Routingprotokolle beseitigt, ohne der Netzwerkkommunikation beträchtlichen Overhead hinzuzufügen. Das Verfahren führt die Datenpakete zu dem Ziel, ohne daß die Quell- und/oder Weiterleitungsknoten die genaue Route zum Ziel wissen müssen. Vielmehr führen die Quell- und/oder Weiterleitungsknoten die Datenpakete über einen geeigneten Nachbarknoten an das Ziel. Ein solches Verfahren gemäß der Erfindung beinhaltet die Schritte des Erstellens einer Routentabelle für jeden Knoten, die eine Zählung der Anzahl von Übertragungsetappen bzw. -hops enthält, die notwendig sind, um jeden anderen Knoten in dem Netzwerk zu erreichen, und eine Knotennummer eines Nachbarknotens, der eine nächste Verbindung in einer Kette von Etappen zu jedem anderen Knoten bildet, wobei die Knotennummer ein eindeutiges Bit in einer N-Bit-Adreßmaske angibt. Routingdaten werden an die Nachrichtendaten angefügt, die ein N-Bit-Zielwort, das den oder die Zielknoten angibt, ein N-Bit-Routenwort einschließlich eines logischen ODER der Adreßmaske des Weiterleitungsknotens oder der Weiterleitungsknoten und eine Routenaktualisierungsnachricht enthalten, die angibt, was der aktuelle Knoten über die Netzwerkkonfiguration weiß. Die Anzahl von N-Bit-Worten in der Routenaktualisierungsnachricht bestimmt eine maximale Anzahl von Übertragungsetappen weg von dem aktuellen Knoten, die der aktuelle Knoten über die Netzwerkkonfiguration kennen könnte. Beim Empfang solcher Nachrichtendaten und ihrer Routingdaten aktualisieren alle empfangenden Knoten ihre Routentabellen aus der Routenaktualisierungsnachricht. Dann werden die Nachrichtendaten verarbeitet, wenn der empfangende Knoten ein Zielknoten ist. Ferner ersetzt der empfangende Knoten dann, wenn der empfangende Knoten ein Weiterleitungs- oder Zwischenknoten ist, das Routenwort und die Routenaktualisierungsnachricht mit Daten aus seiner aktualisierten Routentabelle und überträgt die Nachrichtendaten erneut mit dem Zielwort, dem ersetzten Routenwort und der ersetzten Routenaktualisierungsnachricht als ihre Routingdaten.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Route von dem Quellknoten zu dem oder den Zielknoten durch Auswahl einer Route mit einer minimalen Anzahl von Übertragungsetappen festgelegt. Die Adreßmaske des ersten Knotens in der Route wird dann als das Routenwort ausgewählt. Das Zielwort andererseits wird erzeugt, indem ein logisches "ODER" der Adreßmasken jedes Zielknotens gebildet wird, während der Übertragungsknoten typischerweise mittels Zeit-, Frequenz- oder Codeaufteilungstechniken bestimmt wird.
Beim Empfang einer Routenaktualisierungsnachricht wird die Routentabelle jedes Knotens dadurch aktualisiert, daß ein Weiterleitungswort in der Zeile der Routentabelle, in der der übertragende Knoten der Zielknoten ist, auf die Adreßmaske des übertragenden Knotens gesetzt wird und eine Übertragungsetappenzahl in der Zeile der Routentabelle, in der der übertragende Knoten der Zielknoten ist, auf 1 gesetzt wird, um anzuzeigen, daß der aktuelle Knoten direkt mit dem übertragenden Knoten verbunden ist. Dann wird für Routenaktualisierungsnachrichten mit zwei oder mehr N-Bit-Worten jedes N-Bit-Wort in der Routenaktualisierungsnachricht vertikal von ersten zum letzten gestapelt. Eine Spalte von Bits, die dem eindeutigen Bit in der N-Bit-Adresse des Zielknotens entspricht, wird daraufhin ausgewählt und die Anzahl von Übertragungsetappen zu dem Zielknoten wird als die Binärzahl in der Spalte durch Lesen der Bits in der Spalte von dem ersten hinunter bis zum letzten gestapelten N-Bit-Wort in der Routenaktualisierungsnachricht definiert. Die Routentabelle wird dann durch das Durchführen der folgenden Schritte für jede Spalte in den gestapelten N-Bit-Worten der Routenaktualisierungsnachricht aktualisiert:
Setzen des Zielknotens, so daß er dem durch die Spaltenposition in den gestapelten N-Bit-Worten der Routenaktualisierungsnachricht angegebenen Knoten entspricht;
Auswählen einer Zeile der Routentabelle, die dem Zielknoten entspricht;
wenn sämtliche Bits in der Spalte "0" oder sämtliche Bits in der Spalte "1" sind, dann die Übertragungsetappenzahl auf Null und die Weiterleitungsmaske auf einen Anfangszustand Setzen, wenn der Weiterleitungsknoten der ausgewählten Zeile dem Weiterleitungswort entspricht; und
wenn nicht sämtliche Bits in der Spalte "0" oder nicht sämtliche Bits in der Spalte "1" sind, eins zu der Binärzahl in der Spalte Addieren, um eine neue Übertragungsetappenzahl zu erhalten, und dann, wenn die neue Übertragungsetappenzahl kleiner ist als die Übertragungsetappenzahl in der Zeile der Routentabelle, die dem Zielknoten entspricht, die Übertragungsetappenzahl durch die neue Übertragungsetappenzahl Ersetzen und die Weiterleitungsmaske auf das Weiterleitungswort Setzen.
Ausführungsformen der Erfindung beziehen sich ferner auf ein drahtloses Netzwerk mit bis zu N Knoten, wobei jeder Knoten in dem Netzwerk einen drahtlosen Sender, einen drahtlosen Empfänger und einen Prozessor aufweist, der per Software so programmiert ist, daß er Nachrichtendaten mit einem Zielwort, einem Routenwort und einer Routenaktualisierungsnachricht zum Verarbeiten gemäß dem Verfahren der Erfindung überträgt und empfängt. Solch ein Netzwerk kann durch Laden eines Anwendungsprogramms zum Implementieren der Kommunikationstechnik der Erfindung auf jeden Knoten in einem kleinen drahtlosen Netzwerk und durch Setzen einiger weniger Anfangsbedingungen des Netzwerks eingerichtet werden. Die entsprechenden Knoten würden über Änderungen in der Netzwerkkonfiguration, wenn sich Knoten bewegen und zum Netzwerk hinzugefügt oder aus dem Netzwerk gelöscht werden, durch geeignete Aktualisierung der Routentabellen mittels der Techniken der Erfindung informiert.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung kann nach dem Lesen der folgenden, detaillierten Beschreibung der aktuell bevorzugten Ausführungsformen davon unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen besser verstanden werden, wobei:
1 ein Blockdiagramm von mit Funk ausgerüsteten IT-Systemen (Knoten) ist, die räumlich in einem kleinen, drahtlosen Ad-Hoc-Netzwerk gemäß der Erfindung aufgestellt sind.
2 ein Blockdiagramm der Hardware jedes Knotens in dem kleinen, drahtlosen Ad-Hoc-Netzwerk ist, die bei der Implementierung der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
3 ein Flußdiagramm ist, das den Fluß von Routing- und Nachrichtendaten von, zu und durch einen typischen Knoten in dem kleinen, drahtlosen Ad-Hoc-Netzwerk der Erfindung darstellt.
4 eine Routentabellenstruktur für den Knoten "F" von 1 basierend auf einer Zwei-Wort-Routennachricht darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Ein System und ein Verfahren, die die oben erwähnten Ziele erfüllen und andere günstige Eigenschaften gemäß der aktuell bevorzugten, beispielhaften Ausführungsform der Erfindung bieten, wird untenstehend mit Bezugnahme auf die 1-4 beschrieben. Die Fachleute auf dem Gebiet werden bereitwillig anerkennen, daß die hier mit Bezug auf diese Figuren gegebene Beschreibung nur Erklärungszwecken dient und nicht dazu gedacht ist, den Geltungs- bzw. Schutzbereich der Erfindung in irgendeiner Weise einzuschränken. Dementsprechend sollten alle Fragen bezüglich des Schutzbereiches der Erfindung durch Bezugnahme auf die beigefügten Ansprüche beantwortet werden.
Kommunikationsmodell für kleine Netzwerke
Die Technik zum Adressieren von Nachrichten gemäß der vorliegenden Erfindung bietet ein Mittel, mit dem IT-Systeme, die mit Funk, Infrarot oder anderen drahtlosen Medien ausgestattet sind, in ein kleines, drahtloses Datenkommunikationsnetzwerk oder eine Ansammlung von kleinen, drahtlosen Teilnetzwerken eines größeren Netzwerkes von IT-Systemen organisiert werden können. Vorzugsweise wird die Technik zum Adressieren von Nachrichten der Erfindung in einem Netzwerk verwendet, das eine kleine Anzahl von Knoten hat, wie sie durch die Bandbreite des Übertragungsmediums und die zugrundeliegende Steuerschicht für den Medienzugang festgelegt ist. Das Kommunikationsmodell für die vorliegende Erfindung ist im allgemeinen ein Netzwerk mit 2-8, 2-16 oder 2-32 Knoten. Bei einem solchen kleinen Netzwerk geht man davon aus, daß die Knoten mobil sein können, daß die Knoten weit verteilt sind bezogen auf die Reichweite ihrer Sender, wobei eine Verbindung von einem Knoten zu einem anderen eine oder mehrere Weiterleitungs- bzw. Zwischenstationen erfordert, und daß der Pfad zwischen je zwei Knoten sich mit der Zeit ändern kann.
Da die Sendereichweite jedes Knotens in dem Netzwerk der Erfindung beschränkt ist, wird jedem Knoten in dem Netzwerk ein Satz von bestimmten Übertragungsmöglichkeiten bzw. -gelegenheiten, die "Benutzerzonen" genannt werden, zugewiesen. In dem Netzwerk ist jede Benutzerzone durch einen Parametersatz definiert, der alle oder einige Kombinationen der folgenden Parameter umfaßt: Anfangszeit der Übertragung(en), Endezeit der Übertragung(en), Frequenzband oder -bänder und Modulation mit Pseudozufallscode(s). Ein Knoten hat unbestrittenen Zugang nur in seiner eigenen Benutzerzone und "horcht" auf die Benutzerzonen anderer Knoten. Die Benutzerzonen werden durch Systemkonfiguration eingerichtet und werden nach der Einrichtung typischerweise keinen Änderungen unterworfen. Zusätzliche Übertragungsmöglichkeiten können für andere Zwecke definiert werden; jedoch werden die fest zugeordneten Benutzerzonen für die Technik der Erfindung bevorzugt. Verschiedene Typen von TDMA-, FDMA- und CDMA-Techniken können für die Nachrichtenübertragung verwendet werden.
Sekundarschulen, an denen sich Studenten von Klassenzimmer zu Klassenzimmer bewegen und dabei netzwerkfähige Palmtop-Computer mit sich tragen, bilden eine ideale Umgebung für die Technik zur Netzwerkadressierung der Erfindung. Andere Umgebungen, die als Kandidaten in Frage kommen, existieren im gesamten Geschäfts- und Herstellungsbereich. Beispiele schließen umhergehende Inspekteure, Verkaufskräfte, Skipatrouillen, Beschäftigte auf einem Ölfeld und ähnliches ein.
Die hier beschriebenen Prozeduren stellen einen Mechanismus zur Verfügung, durch den herkömmliche Netzwerkanwendungen, die auf den unterstützenden IT-Systemen in Betrieb sind, miteinander ohne Rücksicht auf die Entfernung von den anderen Mitgliedern des Netzwerks agieren können. Ein sehr kleines Netzwerk von acht Knoten wird untenstehend als Beispiel beschrieben, obwohl Fachleute auf dem Gebiet erkennen, daß dieselben Techniken für größere Netzwerke mit bis zu 32 oder sogar 64 Knoten verwendet werden können.
1 stellt eine Netzwerk von mit Funk ausgestatteten IT-Systemen (Knoten) dar, die wie dargestellt räumlich verteilt sind. Wegen des Terrains und anderer Umgebungsfaktoren kann das Überdeckungsgebiet für den Sender eines gegebenen Knotens unregelmäßig sein, wie durch die schattierte Fläche für Knoten "D" dargestellt. Die wirksame momentane Konnektivität des Netzwerks ist durch durchgezogene Linien, die Knotenpaare verbinden, angegeben. Man geht jedoch davon aus, daß sich die Knoten in Bewegung befinden könnten und daß sich diese Konnektivität mit der Zeit ändern wird.
Die hier beschriebenen Prozeduren wirken auf momentanen Ansichten der Konfiguration, die lokal durch den Austausch kurzer Aktualisierungsnachrichten korrigiert werden. Wie weiter unten genauer erklärt wird ist eine der neuartigen Eigenschaften der Technik der Erfindung die, daß es die kleine Größe der Aktualisierungsnachrichten erlaubt, daß sie an gewöhnlichen Netzwerkverkehr angefügt wird, anstatt ein separates, zugehöriges Routingprotokoll zu verwenden.
Adressierungstechnik
Durch Numerieren der zuvor erwähnten Benutzerzonen können die zugewiesenen Nummern als ein Pseudonym oder eine Adresse für den oder die Knoten verwendet werden, dem oder denen es erlaubt ist, in dieser Benutzerzone zu senden. In einem kleinen Netzwerk (z. B. 32 Knoten) erzeugt dies ein sehr kompaktes Adressierungsschema, bei dem ein Knoten durch die Position eines "1"-Bits in einem 32-Bit-Wort identifiziert werden kann. Mit anderen Worten kann eine "Knotenmaske" aus einem 32-Bit-Wort mit einem einzigen "1"-Bit an der zugewiesenen Position gebildet werden. Eine Gruppe von Knoten kann kollektiv identifiziert werden, indem das logische ODER ihrer entsprechenden Knotenmasken gebildet wird. Zum Beispiel wird in dem Netzwerk von 1 jedem Knoten eine Zahl im Bereich von 0 bis 7 zugewiesen, die aus der herkömmlichen Internet-(I/P)-Adresse abgeleitet wird. Eine Software, die auf jedem Knoten ausgeführt wird, bildet eine Bitadresse aus der Knotennummer, indem ein "1"-Bit um die Anzahl von Stellen nach links verschoben wird, die durch seine zugewiesene Nummer angegeben wird. In dem Beispiel von 1 bildet dieser Vorgang ein eindeutiges 8-Bit-Maskenwort für jeden Knoten, wobei die Maske für jeden Knoten genau ein auf "1" gesetztes Bit an einer eindeutigen Bitposition bezogen auf andere Knoten enthält. Die Zuweisungen für das Beispielnetzwerk sind in 1 als Binärzahlen unterhalb des Knotenbezeichners abgebildet.
Gemäß der Technik der Erfindung enthält jede von einem Knoten übertragene Nachricht Routingdaten, die mindestens ein Zielwort, ein Routenwort und ein oder mehrere Worte von Routenaktualisierungsinformation enthalten. Darüber hinaus wird der Sender entweder durch eine Übertragungscharakteristik (wie einem Zeit- oder Frequenzfenster) oder durch Einsetzen der zugewiesenen Nummer des Senders in die Routingdaten der Nachricht identifiziert. Die Routingdaten können zum Beispiel als eine Präfix oder Suffix der Nachrichten angefügt werden.
Routingschema basierend auf Adressierungstechnik
1. Konnektivitätsmaske
Während des normalen Betriebs des Netzwerks gemäß der Erfindung aktiviert jeder Knoten seinen Empfänger für die Gesamtmenge der Benutzerzonen. Wenn eine gültige Nachricht ungeachtet ihres Inhaltes in irgendeiner Benutzerzone erkannt wird, dann ist der mit dieser Benutzerzone verbundene Knoten innerhalb der Reichweite des sendenden Knotens und stellt einen "Nachbarn" dar. Die Menge der nächstgelegenen Nachbarn wird durch Plazieren eines "1"-Bits in die passende Position in der "Konnektivitätsmaske" des empfangenden Knotens gebildet. Zum Beispiel würde in 1 die Konnektivitätsmaske von Knoten B gleich "10011001" sein. Wie unten genauer erklärt wird, kann die Konnektivitätsmaske auf mehrere Worte ausgedehnt werden, um eine kompakte Routenaktualisierungsnachricht bereitzustellen, die die Anzahl von Nachrichtenneuübertragungen oder "Etappen" angibt, die notwendig sind, um jeden anderen Knoten in dem Netzwerk zu erreichen, der dem übertragenden Knoten bekannt ist. Um sich der Auswirkung der Mobilität der Knoten auf die Nachbarschaft anzupassen, wird die Konnektivitätsmaske jedes Knotens in Intervallen, die der erwarteten Wanderungsrate der Knoten angemessen ist, neu aufgestellt.
2. Routentabelle
Jeder Knoten hat eine Routentabelle, die einen Eintrag für jeden Knoten enthält, der durch die Netzwerkkonfiguration definiert ist. Einträge werden durch Nummern der Zielknoten wie oben beschrieben indiziert (z. B. würde Knoten "5" eine "1" um fünf Bits in die Adreßmaske für diesen Knoten schieben). Der minimale Eintrag enthält eine Zahl für die Anzahl von Übertragungszwischenstationen oder "Etappen" bzw. "Hops", die zum Erreichen eines Zielknotens notwendig sind, und die Knotennummer (LINK) des nächstgelegenen Nachbarn, der das nächste Glied in der Kette von Etappen zu dem Zielknoten bildet. Die Anzahl von Etappen, die notwendig sind, um ein Ziel zu erreichen, wird durch Induktion aus dem unten beschriebenen Prozeß gebildet.
Routentabellen werden in einem Zwei-Schritt-Prozeß aktualisiert, der (a) die Übertragung seiner Konnektivitäts- oder Routenaktualisierungsnachricht eines Knotens und (2) die Verarbeitung einer empfangenen Konnektivitäts- oder Routenaktualisierungsnachricht beinhaltet. Die Routenaktualisierungsnachricht ist der oben beschriebenen Konnektivitätsmaske ähnlich, außer daß sie typischerweise zwei (oder wenn nötig mehr) Bits pro Knotenposition enthält. Die Bits werden aus der entsprechenden Bitposition der Worte genommen, die eine Routenaktualisierungsnachricht ausmachen. Ungeachtet der für die Übertragung gewählten Darstellung werden diese Bits folgendermaßen interpretiert:

1) 00: keine bekannte Konnektivität zu dem angegebenen Knoten;
2) 01: der Knoten ist ein nächstgelegene Nachbar;
3) 10: 1 Zwischenstation ist nötig, um den Knoten zu erreichen; und
4) 11: 2 Zwischenstationen sind nötig, um den Knoten zu erreichen.

Wenn ein zu verwendendes Netzwerk mehr als zwei Zwischenstationen benötigt, um Konnektivität sicherzustellen, würde die Routenaktualisierungsnachricht auf drei oder vier Bits pro Knoten erweitert auf Kosten von längeren und wahrscheinlich weniger häufigen Aktualisierungen.
Zu periodischen Intervallen oder auch öfter, wenn es durch die Mobilitätsdaten angezeigt wird, stellt jeder Knoten eine Statusnachricht auf und überträgt diese Statusnachricht, die gebildet wird durch Setzen der relativen Position jedes Knotens in der Routenaktualisierungsnachricht auf:

1) "01" wenn der Knoten ein nächstgelegener Nachbar ist;
2) "00" wenn der entsprechende Routentabelleneintrag eine Null enthält;
3) Eins plus den Etappenzähler für den entsprechenden Eintrag in der Routentabelle, wenn diese Summe kleiner als das konfigurierte Maximum ist (vier, in diesem Beispiel); ansonsten Null.

Ein Knoten aktualisiert seine Routentabelle als Reaktion auf eine Routenaktualisierungsnachricht, indem er alle Routentabelleneinträge, für die der Quellknoten der spezifizierte LINK war, ungültig macht (den Etappenzähler auf Null setzt) und den Etappenzähler für jede Position, die in der Routenaktualisierungsnachricht dargestellt ist, extrahiert. Wenn der übertragene Etappenzähler kleiner als der Etappenzähler in dem Routentabelleneintrag für diesen Knoten ist, wird der Etappenzähler der Routentabelle ersetzt und der Quellknoten als der neue LINK spezifiziert.
3. Routenentscheidungsprozeß
Die grundlegendste Routenentscheidung ist, festzustellen, ob der Knoten Konnektivität zu dem Zielknoten oder den Zielknoten im Fall einer Multicast-Nachricht aufgebaut hat. Da alle Knoten Routentabellendaten mit den durch die Systemkonfiguration spezifizierten Toleranzen vorhalten, liegt der aktuelle Knoten auf dem kürzesten Pfad (gemessen in Etappen), wenn die Routenanforderung spezifischerweise an den aktuellen Knoten adressiert wurde. Daher ist der spezifizierte Verbindungsknoten der nächste LINK auf dem kürzesten Pfad, wenn der Routentabelleneintrag für einen Zielknoten einen Etappenzähler ungleich Null enthält. Wenn jedoch die Routenanforderung nicht spezifisch an den aktuellen Knoten adressiert wurde, wird die Anforderung als eine Rundsendung interpretiert und der aktuelle Knoten wählt eine Route aus, wenn eine verfügbar ist, oder sendet die Nachricht einmal erneut als Rundsendung. Typischerweise ist eine Fortsetzung der Route, die als Reaktion auf eine solche Rundsendeanforderung ausgewählt wird, wahrscheinlich weder eindeutig noch optimal. Die Auswahl aus mehreren Pfaden wird zu einer höheren Protokollschicht wie einem Routenauswahlalgorithmus verlagert. Im allgemeinen zeigt diese Bedingung eine schlechte Abschätzung der relativen Senderreichweiten gegenüber der geographischen Verteilung bei der Netzwerkkonfiguration an und würde besser durch Plazieren zusätzlicher Bits in die Statusaktualisierungsnachricht behandelt.
Hardwarekonfiguration für jeden Knoten
2 stellt ein Blockdiagramm der Hardware für jeden Knoten 10 in dem kleinen, drahtlosen Ad-Hoc-Netzwerk dar, das bei der Implementierung der Techniken der Erfindung verwendet wird. Wie dargestellt, umfaßt jeder Knoten einen drahtlosen Empfänger 12, der eine Nachricht und deren Routingdaten von einem benachbarten Knoten empfängt. Wie oben bemerkt, beinhalten die Routingdaten einer Nachricht mindestens ein Zielwort, ein Routenwort und ein oder mehrere Worte von Routenaktualisierungsinformation. Die Nachricht und die Routendaten, die vom Knoten 10 empfangen werden, werden in dem Speicher 14 zur Verarbeitung und/oder erneuten Übertragung der Nachrichtendaten gespeichert. Der Speicher 14 kann außerdem sowohl die Knotenmaske für den Knoten 10 als auch die Routentabelle für den Knoten 10 enthalten. Eine CPU 16 verarbeitet die Routingdaten, wie unten mit Bezug auf 3 erläutert wird, um festzustellen, ob die aktuelle Nachricht an den Knoten 10 als Zielknoten adressiert ist, und wenn dem so ist, werden die Nachrichtendaten an die Anwendungsschicht 18 zur weiteren Verarbeitung übergeben. Auf der anderen Seite werden in dem Fall, daß die CPU 16 ermittelt, daß sie ein Zwischen- bzw. Weiterleitungsknoten für die aktuelle Nachricht ist, die Nachrichtendaten aus dem Speicher 14 gelesen und von dem drahtlosen Sender 20 erneut übertragen. Jedoch erhält die erneut übertragene Nachricht zusätzlich zu den Nachrichtendaten neue Routingdaten einschließlich des Zielwortes, eines neuen Routenwortes anstelle des alten Routenwortes und eines oder mehrerer neuer Worte von Aktualisierungsinformation anstelle der alten Aktualisierungsinformation, die die Netzwerkkonfiguration darstellen, wie sie dem erneut übertragenden Knoten bekannt ist.
Softwareflußdiagramm für die Nachrichtenverarbeitung jedes Knotens
3 ist ein Flußdiagramm, das den Fluß der Routing- und Nachrichtendaten von, an und durch einen typischen Knoten 10 darstellt. Wie dargestellt, wird der Sender der empfangenen Nachricht bei Schritt 30 ermittelt (z. B. durch einen Zeit- oder Frequenzschlitz) und die Routingdaten für die Nachricht werden bei Schritt 32 aus der Nachricht für die Verarbeitung extrahiert. Wie unten genauer erklärt wird, wird daraufhin die Routentabelle bei Schritt 34 aus der Routenaktualisierungsnachricht durch Software, die auf der CPU 16 läuft, erzeugt und aktualisiert. Alle Knoten, die die Nachricht empfangen, aktualisieren ihre jeweiligen Routentabellen, unabhängig davon, ob die Nachricht an den Knoten adressiert war oder nicht. Die Software stellt dann fest, ob die Nachricht für den aktuellen Knoten gedacht war. Insbesondere bildet die Software, die auf der CPU 16 läuft, bei Schritt 36 ein logisches "UND" des Zielknotens, der in den empfangenen Routingdaten angegeben ist, und der Knotenmaske des aktuellen Knotens. Wenn sie bei Schritt 38 feststellt, daß es eine Übereinstimmung gibt (d. h. der aktuelle Knoten ist ein Zielknoten), dann werden die empfangenen Nachrichtendaten an die Anwendungsschicht 18 zur Verarbeitung bei Schritt 40 gesendet. Andererseits sind die empfangenen Nachrichtendaten in dem Fall, daß bei Schritt 38 festgestellt wird, daß es keine Übereinstimmung gibt (logisches "UND"=0), nicht für den aktuellen Knoten bestimmt und werden bei Schritt 42 ignoriert. In ähnlicher Weise und vorzugsweise gleichzeitig kann die auf der CPU 16 laufende Software bei Schritt 44 auch ein logisches "UND" des in den empfangenen Routingdaten angegebenen Routenwortes und der Knotenmaske für den aktuellen Knoten bilden. Wenn bei Schritt 46 festgestellt wird, daß es eine Übereinstimmung gibt (d. h. der aktuelle Knoten ist ein Zwischenknoten), dann erhalten die empfangenen Nachrichtendaten gemäß Schritt 48 Routingdaten, die den Zielknoten, die Routendaten von dem aktuellen Knoten und die Routenaktualisierungsinformation aus der Routentabelle des aktuellen Knotens beinhalten, und diese werden bei Schritt 50 an den Sender 20 zur erneuten Übertragung übergeben. Wenn jedoch bei Schritt 46 festgestellt wird, daß es keine Übereinstimmung gibt (logisches "UND"=0), dann sind die Nachrichtendaten von dem aktuellen Knoten nicht weiterzuleiten und werden gemäß Schritt 42 ignoriert. Wenn der aktuelle Knoten der Quellknoten ist, können neue Nachrichten aus der Anwendungsschicht 18 auch übertragen werden, indem bei Schritt 48 geeignete Routingdaten hinzugefügt und die Nachricht und die Routingdaten bei Schritt 50 an den Sender 20 übergeben werden.
Gemäß der Erfindung führt die zum Erzeugen und Aktualisieren der Routentabelle verwendete Software bei Schritt 34 die folgenden Aufgaben durch:

1) Beibehalten einer aktuellen Version der Routenaktualisierungsnachricht des Knotens;
2) Konstruieren einer Routentabelle aus den von anderen Knoten erhaltenen Routenaktualisierungsnachrichten anderer Knoten;
3) Erzeugen einer Route für jede Nachricht, die bei Knoten 10 ihren Ursprung hat; und
4) Aktualisieren der Route für jede Nachricht, die von dem Knoten 10 erneut übertragen wird.

Wie in 4 für den Knoten "F" aus 1 dargestellt, enthält die Routentabelle in Knoten 10 eine Zeile für jeden möglichen Knoten in dem kleinen, drahtlosen Netzwerk, wobei jede Zeile enthält:

1) Das Maskenwort, das mit jedem anderen Knoten (Zielknoten) verbunden ist;
2) Die Anzahl von Übertragungen (Etappen bzw. Hops), die nötig sind, um den Zielknoten von dem aktuellen Knoten aus zu erreichen;
3) Das Maskenwort des ersten Zwischenknotens entlang des Pfades zum Zielknoten; und
4) Einen Zeitgeber bzw. Timer, der das relative Alter der Einträge in dieser Zeile angibt.

Der Anfangszustand der Routentabelle zeigt an, daß alle Knoten durch die Zwischenstation '11111111' erreicht werden, das heißt, jeder Knoten, der diese Nachricht erhält, ist angewiesen, eine Auslieferung an das Ziel oder die Ziele zu versuchen. Das Vorhandensein von Netzwerkverkehr führt zu dem unten beschriebenen Aktualisierungsprozeß, um diese Auswahl zum Erzeugen der kürzesten, direkten Route zu dem oder den ausgewählten Zielknoten zu ändern. Wie in 4 dargestellt, behält die Routentabelle den Anfangszustand bei, wenn der aktuelle Knoten die Anzahl von Etappen zu dem bestimmten Zielknoten nicht ermitteln kann. Andererseits ist der Anfangszustand der Worte der Routenaktualisierungsnachricht gleich '00000000', das heißt, soweit bekannt sind keine Knoten erreichbar.

Wenn eine gültige Nachricht von dem drahtlosen Empfänger 12 empfangen wird, wird das Routenaktualisierungswort erster Ordnung durch Einfügen eines "1"-Bit an der Position, die dem Sender der Nachricht entspricht, korrigiert. Wenn jeder Knoten eine Nachricht gesendet hat und die von den anderen Knoten gesendeten empfangen hat, können die Konnektivitäts- oder Routenaktualisierungsworte für jeden Knoten des Netzwerks bestimmt werden. Zum Beispiel sind die Konnektivitätsworte für das Beispielnetzwerk aus 1 folgendermaßen:

Funkkonnektivität	ABCDEFGH
Knoten A, Adresse 10000000 hört	01000000
Knoten B, Adresse 01000000 hört	10011001
Knoten C, Adresse 00100000 hört	00000100
Knoten D, Adresse 00010000 hört	01000010
Knoten E, Adresse 00001000 hört	01000100
Knoten F, Adresse 00000100 hört	00101001
Knoten G, Adresse 00000010 hört	00010000
Knoten H, Adresse 00000001 hört	01000100

Die obenstehende Tabelle zeigt an, daß die Knoten sich selbst nicht "hören". Dies kann für einen gegebenen physikalischen Sender/Empfänger der Fall sein oder nicht. Der Prozeß wird jedoch automatisch den Knoten, auf dem er ausgeführt wird, von jeder Routingentscheidung ausschließen. Die Topologie des Netzwerkes wird in der Tabelle nicht wiedergegeben, und wird für den durch diesen Prozeß verkörperten Algorithmus auch nicht benötigt. Als ein Ergebnis davon ist die Netzwerkkonfiguration fließend und kann sich ändern, ohne die Kommunikation im Netzwerk zu beeinträchtigen.
Wenn eine Nachricht von der Anwendungsschicht 18 zur Übertragung an einen anderen Knoten oder andere Knoten empfangen wird, werden die Zieladresse(n) verwendet, um ein Zielwort zu bilden, indem das logische ODER der Bitadresse für jedes Ziel gebildet wird. Das Ergebnis wird ein "1"-Bit an jeder Position enthalten, die einem gewünschten Empfänger entspricht. Zum Beispiel würde eine Nachricht, die für die Knoten "B", "E" und "H" gedacht ist, ein Zielwort von '01001001' erzeugen. Die Technik der Erfindung ist besonders wünschenswert wegen einer solchen Multi-Cast-Fähigkeit, da sie weder die Größe der Nachrichtenadresse vergrößert noch mehrere Übertragungen erfordert. Eine solche Fähigkeit ist für Nachrichten zum Erkennen von Untergruppensituationen und Statusnachrichten gut geeignet.
Andererseits wird die Route für eine Nachricht, sei es, daß sie aus der Anwendungsschicht 18 oder aus dem Prozeß zur erneuten Übertragung empfangen wurde, aus dem logischen ODER des Zwischenstationsmaskenwortes aus jedem Routentabelleneintrag, der einem oder mehreren ausgewählten Zielknoten entspricht, aufgebaut. Das Ergebnis enthält ein "1"-Bit an jeder Position, die einem Knoten entspricht, dem die Nachricht erneut übertragen soll, wodurch die Reichweite der Übertragung ausgedehnt wird. Für die obenstehende Beispielnachricht würde der Knoten "C" eine Routenwort von '00000100' aufbauen, da der Knoten "F" aktuell seine einzige Verbindung zum Rest des Netzwerks ist. Bei der erneuten Übertragung der Nachricht könnte der Knoten "F" abhängig von den dynamischen Gegebenheiten des Netzwerks zum Zeitpunkt des Empfangs der Nachricht entweder den Knoten "H" oder den Knoten "E" als die Zwischenstation zum Knoten "B" auswählen.
Die Anzahl von Worten in der Routenaktualisierungsnachricht wird ermittelt, wenn das Netzwerk zum ersten Mal verwendet wird und wird durch Angabe der maximalen Anzahl von Zwischenstationsübertragungen, die für Netzwerkanwendungen akzeptabel ist, ausgewählt. Die Routenaktualisierungsnachricht braucht nicht mit jeder Nachricht übertragen zu werden und kann stattdessen zu vorher festgelegten Intervallen übertragen werden. Die Routenaktualisierungsnachricht wird wie folgt interpretiert:

1) Die Worte in der Routenaktualisierungsnachricht sind vertikal vom ersten bis zum letzten gestapelt;
2) Die Bitspalte, die dem gewünschten Zielknoten entspricht, wird ausgewählt;
3) Die Bitspalte (Scheibe) wird als eine Binärzahl ausgewertet, die die Anzahl von Übertragungen (Etappenzähler bzw. Hop Count) ergibt, die notwendig sind, um das Ziel zu erreichen; und
4) Wenn der Etappenzähler Null ist, ist keine gültige Route bekannt, und der Knoten kann wählen, alle Knoten als Zwischenstation zu verwenden, um den Zielknoten zu erreichen.

Zum Beispiel ist die aus zwei Worten bestehende Routennachricht für Knoten "F":

Knoten F, Adresse 00000100 Konnektivität ABCDEFGH

10111001

11010000
Indem von oben nach unten gelesen wird, kann eine Nachricht von Knoten F in 3 Etappen (binär "11") zu Knoten A, in 2 Etappen (binär "10") zu Knoten B, in 1 Etappe (binär "01") zu Knoten C, in 3 Etappen (binär "11") zu Knoten D, in 1 Etappe (binär "01") zu Knoten E und in 1 Etappe (binär "01 ") zu Knoten H gelangen. Da eine Nachricht nicht innerhalb von 3 Etappen bzw. Hops zu Knoten G gelangen kann, ist der Knoten G als unerreichbar ("00") gekennzeichnet. Eine längere Routenaktualisierungsnachricht würde benötigt, um Information über Knoten G zu übergeben.
4 veranschaulicht eine Routentabellenstruktur für den Knoten "F" von 1 basierend auf der aus zwei Worten bestehenden Routennachricht von oben. Es ist keine Zwischenstation für die Zeile, die dem Knoten "F" (Maske = 00000100) entspricht, angegeben. Außerdem sollte man beachten, daß es zwei Routen gleicher Länge zum Knoten "B" und durch ihn hindurch zu den Knoten "A" und "D" gibt. Der Algorithmus zur Auswahl der bestimmten Route wird zum Zeitpunkt der Systemgenerierung durch gewünschte Durchsatz- bzw. Leistungseigenschaften festgelegt. Die Auswahl kann auf dem Geräuschspannungsabstand oder Signal-to-Noise-Ratio der empfangenen Nachricht, der Anzahl von Bits, die eine Fehlerkorrektur benötigen, der jüngsten Aktualisierung und Ähnlichem basiert sein. Das tatsächliche Routing der Nachrichten ist unabhängig von dem Auswahlverfahren.
Die Routenaktualisierungsnachricht für den Knoten "F" wird aus der Routentabelle von 4 durch Durchführen der folgenden Schritte für jede Zeile k in der Routentabelle erzeugt: für jedes Bit, 2", in der Zahl des Etappenzählers wird das Bit k des Wortes n der Routenaktualisierungsnachricht auf 0 oder 1 gesetzt abhängig davon, ob das Bit n des Etappenzählers 0 bzw. 1 ist. Wie oben mit Bezug auf 3 angemerkt, wird der Quellsender identifiziert und die Nachricht in Etappenzähler zu jedem der definierten Knoten in dem Netzwerk zerlegt, wenn eine Routenaktualisierungsnachricht bei einem Knoten eintrifft. Ein Etappenzähler von Null impliziert, daß der Sender keinen bekannten Pfad zu diesem Knoten hat. Jeder Etappenzähler wird um eins hochgezählt, um den Zähler für die Etappen von dem Empfänger zu dem Zielknoten zu erzeugen. Werte gleich 2" werden als zu groß verworfen, um in einer Routenaktualisierungsnachricht dargestellt zu werden. Jede Zeile der Routentabelle wird dann überprüft, um festzustellen, ob die als Kandidat in Frage kommende Route kürzer als die aktuelle Route ist. Wenn dem so ist, werden der Etappenzähler und die Zwischenstationseinträge durch die als Kandidat in Frage kommende Route ersetzt. Andererseits können in dem Fall, daß die aktuelle und die als Kandidat in Frage kommende Route dieselbe Länge haben, andere Algorithmen wie oben vorgeschlagen verwendet werden, um festzulegen, welche Route ausgewählt wird. Schließlich wird das Alter jedes Eintrags in der Tabelle, für den der Sender als die Zwischenstation bestimmt wird, gleich Null gesetzt.
Fachleute auf dem Gebiet erkennen, daß die Routenaktualisierungsnachricht nicht den Pfad von Knoten "F" zu Knoten "D" oder irgendeinem anderen Knoten angibt. Vielmehr gibt die Routenaktualisierungsnachricht an, daß die Übertragung zu Knoten "D" drei Übertragungen benötigt, um abgeschlossen zu werden. Der Anhang unten enthält vollständige ein, zwei und drei Worte lange Routennachrichten für das Beispielnetzwerk aus 1. Eine Überprüfung der Zweiwort-Nachrichtentabelle für Knoten "D" zeigt an, daß der Pfad von Knoten "D" zu Knoten "F" ebenfalls drei Etappen enthält; die beiden Pfade könnten jedoch unterschiedlich sein (D_B_E_F oder DBHF).
Sowohl die Mobilität von Knoten als auch Umgebungsfaktoren wie atmosphärische Bedingungen und das Terrain könnten veranlassen, daß die Daten in der Routentabelle eines bestimmten Knotens nicht richtig sind. Um diese Möglichkeit zu unterdrücken wird die Routentabelle periodisch überprüft, und "veraltete" Einträge werden auf ihren Anfangswert (d. h. keine Route bekannt) zurückgesetzt. Dann wird die Routentabelle (teilweise) mit jeder eintreffenden Nachrichten wieder folgendermaßen erneuert:

1) Der Zwischenknoten wird so gesetzt, daß er dem Sender entspricht;
2) Die Zeile der Routentabelle, die dem Zwischenknoten entspricht, wird ausgewählt und der Etappenzähler auf 1 gesetzt, um anzuzeigen, daß der Zwischenknoten "direkt" angeschlossen ist;
3) Das Maskenwort des Zwischenknotens in derselben Zeile wird so gesetzt, daß es den Zwischenknoten anzeigt (Ziel- und Maskenworte sind identisch);
4) Das Zeitgeberalter in derselben Zeile wird auf Null gesetzt;
5) Die Worte der Routenaktualisierungsnachricht werden wie oben beschrieben gestapelt und jede Spaltenposition wird durchschritten, wobei die folgenden Schritte durchgeführt werden: a) Der Zielknoten wird so gesetzt, daß er der Spaltenposition entspricht; b) Die Zeile der Routentabelle wird entsprechend dem Ziel ausgewählt und wenn alle Bits des Schnitts gleich "0" sind (Zwischenknoten hat keinen Pfad zum Ziel) ODER alle Bits der Schnitts gleich "1" sind (maximale Anzahl von Etappen bzw. Hops vom Zwischenknoten zum Ziel), dann wird der Etappenzähler, wenn die Zwischenknotenmaske der ausgewählten Zeile dem Zwischenknoten entspricht, auf Null gesetzt, die Zwischenknotenmaske wird auf den Anfangszustand gesetzt, und das Zeitgeberalter wird auf Null gesetzt; ansonsten wird zur nächsten Spalte in der Aktualisierungsnachricht übergegangen. Wenn auf der anderen Seite nicht alle Bits des Schnitts gleich "0" oder "1" sind, wird eins zu dem Wert des Schnitts addiert. Wenn er kleiner als der Etappenzähler in der Zielzeile ist, dann wird der Etappenzähler durch den inkrementierten Wert des Schnitts ersetzt, die Zwischenknotenmaske auf den Zwischenknoten gesetzt und das Zeitgeberalter auf Null gesetzt; und c) Es wird zur nächsten Spalte in der Aktualisierungsnachricht vorgerückt.

Dieser Vorgang wird auf alle von einem Knoten empfangenen Nachrichten, unabhängig von der anschließenden Verwendung der Nachricht, angewendet.
Zu geplanten Intervallen kann der Vorgang basierend auf Betrachtungen bzw. Überlegungen der Anwendung jeden Eintrag in der Routentabelle überprüfen, das Zeitgeberalter erhöhen und den erhöhten Wert mit einem im System eingestellten Grenzwert vergleichen. Wenn ein Eintrag über den eingestellten Grenzwert hinaus gealtert ist, werden der Eintrag und alle anderen, für die der Zielknoten der abgelaufenen Position der festgelegte Zwischenknoten ist, auf den Anfangswert gesetzt.
Fachleute auf dem Gebiet erkennen, daß die sehr kurze Routenaktualisierungsnachricht, die an normale Nachrichten angehängt wird, eine im höchsten Maße zutreffende Routentabelle ohne erheblichen Overhead erzeugt. Abhängig von der Anwendung könnten reduzierte Verkehrsvolumina entweder periodische "Keep-Alive"-Routennachrichten anstoßen oder die Routentabelle auf ihren Anfangszustand zurückfallen, um dynamisch wieder aufgebaut zu werden, wenn der Verkehr zunimmt.
Fachleute auf dem Gebiet werden ferner erkennen, daß die Technik der Erfindung auch den Vorteil hat, daß sie in Bezug auf die Bandbreite effizienter ist, da das Volumen der für das Routing ausgetauschten Information klein ist. Die Technik der Erfindung maximiert außerdem die Batterielebensdauer in portablen Knoten, da sie Overheadkommunikation reduziert, insbesondere da nichts übertragen zu werden braucht, bis eine Nachricht zum Senden bereit ist. Darüber hinaus können häufigere Aktualisierungen für mobile Benutzer mit reduziertem Overhead erreicht werden, wodurch irgendwelche Probleme mit veralteten Routen reduziert werden.
Die Technik der Erfindung bietet außerdem effiziente Multi-Cast-Adressierung, da mehrere Ziele in einem einzelnen Wort angegeben werden können. Ferner ermöglicht die Technik des drahtlosen Ad-Hoc-Routing der Erfindung vereinfachte Kommunikation mit sich bewegenden Knoten, so lange mindestens ein anderer Knoten in dem Netzwerk innerhalb der Reichweite des sich bewegenden Zielknotens verbleibt.
Es versteht sich, daß die hier vermittelte Vorrichtung und das Betriebsverfahren nur zur Veranschaulichung der Erfindung dienen. Selbstverständlich können zusätzliche Techniken und Algorithmen in dem System der Erfindung durch Fachleute auf dem Gebiet implementiert werden, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel kann ein Knoten zusätzliche Daten wie die Batterielebensdauer, Betrachtungen der Sendeleistung und Ähnliches für seine Nachbarn vorhalten. Diese Daten könnten aus periodischen Statusaktualisierungsnachrichten wieder hergestellt werden und könnten in die Routenentscheidung aufgenommen werden. Das Hinzufügen dieser Kriterien impliziert eine ausgefeiltere Routenauswahl als "wenigste Etappen", aber würde keine zusätzlichen Daten in der Routenaktualisierungsnachricht erfordern. Dementsprechend sollen diese und andere Änderungen dieser Art in den Schutzbereich der Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen dargelegt, eingeschlossen werden.
Anhang
Routennachrichten für das Beispielnetzwerk aus Figur 1
2 Wort-Routennachrichten:
3-Wort-Routennachrichten:

Claims

Verfahren zum Schalten empfangener Nachrichtendaten an einem Knoten (10) innerhalb eines drahtlosen Netzwerkes, wobei an den Nachrichtendaten eine Routenkennung und eine Routenaktualisierungsnachricht anhängt, und wobei das Verfahren aufweist: Aktualisieren (40) einer Routentabelle auf der Basis der Routenaktualisierungsnachricht, die an den empfangenen Nachrichtendaten hängt, Auswählen zumindest eines Nachbarknotens (10) innerhalb des drahtlosen Netzwerkes auf der Basis der Routentabelle, Ersetzen (48) der Routenkennung und der Routenaktualisierungsnachricht, die an den empfangenen Nachrichtendaten hängt, auf der Basis der aktualisierten Routentabelle und Senden der Nachrichtendaten, die als Anhang mit der ersetzten Routenkennung und der ersetzten aktualisierten Routennachricht versehen ist, an den ausgewählten zumindest einen Nachbarknoten (10).
Verfahren zum Aktualisieren einer Routentabelle, welche zu einem Knoten (10) innerhalb eines drahtlosen Netzwerkes gehört, wobei die Routentabelle eine Mehrzahl von Etappenzählungen und eine Mehrzahl von Schaltintegratoren hat, die zu einer Mehrzahl von Knoten (10) in dem drahtlosen Netzwerk gehören, mit: Extrahieren einer Routenaktualisierungsnachricht aus empfangenen Nachrichtendaten, wobei die empfangenen Nachrichtendaten mit einer Routenaktualisierungsnachricht als Anhang versehen sind und Aktualisieren der Etappenzahl und des Schaltintegrators, welche in der Routentabelle gespeichert sind, und zwar auf Basis der extrahierten Routenaktualisierungsnachricht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei dann, wenn die Routenaktualisierungsnachricht mehr als ein N-Bit-Wort hat, die Routentabelle aktualisiert wird, indem zumindest jedes N-Bit-Wort in der Routenaktualisierungsnachricht in vertikaler Richtung vom ersten zum letzten gestapelt wird, eine Spalte aus Bits, welche dem Zielknoten (10) entspricht, ausgewählt wird, und die Etappenzahl, welche zu dem Zielknoten (10) gehört, als die Binärzahl bestimmt wird, welche durch die Spalte von Bits bestimmt wird, welche dem Zielknoten (10) entspricht.
Verfahren zum Senden von Nachrichtendaten innerhalb eines drahtlosen Netzwerkes von einem Quellknoten (10) zu zumindest einem Zielknoten (10), mit: Bestimmen einer Zielkennung auf der Basis des zumindest einen Zielknotens (10), Bestimmen einer Routenkennung auf der Basis des zumindest einen Zielknotens (10) und einer Konfiguration des drahtlosen Netzwerkes, die bei dem Quellknoten (10) bekannt ist, wobei die Routenkennung zumindest einen Nachbarknoten (10) in dem drahtlosen Netzwerk anzeigt, Bestimmen einer Routenaktualisierungsnachricht einschließlich zumindest einer Verbindungsfähigkeitsmaske, und zwar auf der Basis des drahtlosen Netzwerkes, welches an dem Quellknoten (10) bekannt ist und Senden der Nachrichtendaten mit der Zielkennung, der Routenkennung und der Routenaktualisierungsnachricht als Anhang.
Verfahren zum Empfangen von Nachrichtendaten an einem Knoten (10) in einem drahtlosen Netzwerk, mit: Extrahieren (32) einer Zielkennung aus den empfangenen Nachrichtendaten, wobei die empfangenen Nachrichtendaten mit der Zielkennung, einem Routenindikator und einer Routenaktualisierungsnachricht als Anhang versehen sind, Vergleichen (36) der extrahierten Zielkennung mit einer Knotenadresse, und Verarbeiten (40) der empfangenen Nachrichtendaten, wenn die extrahierte Zielkennung mit der verglichenen Knotenadresse übereinstimmt.
Verfahren nach Anspruch 4 oder Anspruch 5 mit den Schritten: Aktualisieren einer Konfiguration des drahtlosen Netzwerkes durch Stapeln jedes N-Bit-Wortes in der Routenaktualisierungsnachricht in vertikaler Richtung von dem ersten zum letzten, Auswählen einer Spalte von Bits, welche dem Zielknoten (10) entspricht, und Bestimmen einer Etappenzahl, die zu dem Zielknoten (10) gehört, als Binärzahl, welche durch die Spalte von Bits definiert wird, welche zu dem Zielknoten (10) gehört.
Knoten (10) innerhalb eines drahtlosen Netzwerks, mit: einem Prozessor (16), einem Speicher (14), der mit dem Prozessor (16) verbunden ist, wobei in dem Speicher (14) eine Routentabelle und eine Mehrzahl von Anweisungen (18) gespeichert sind, die, wenn sie durch einen Prozessor (16) ausgeführt werden, bewirken, daß der Prozessor (16): die Routentabelle auf der Basis einer Routenaktualisierungsnachricht, die an den empfangenen Nachrichtendaten anhängt, aktualisiert (34), auf der Basis der Routentabelle zumindest einen Nachbarknoten in dem drahtlosen Netzwerk auswählt, auf der Basis der aktualisierten Routentabelle eine an den empfangenen Nachrichtendaten anhängende Routenkennung und die an den empfangenen Nachrichtendaten anhängende Routenaktualisierungsnachricht ersetzt (48) und die Nachrichtendaten mit der ersetzten Routenkennung und der ersetzten Routenaktualisierungsnachricht als Anhang an den ausgewählten, zumindest einen Nachbarknoten (10) sendet.
Knoten (10) innerhalb eines drahtlosen Netzwerks, mit: einem Prozessor (16), einem Speicher (14), der mit dem Prozessor (16) verbunden ist, wobei in dem Speicher (14) eine Routentabelle mit einer Mehrzahl von Etappenzahlen und einer Mehrzahl von Schaltintegratoren gespeichert sind, die zu einer Mehrzahl von Knoten (10) in dem drahtlosen Netzwerk gehören, wobei in dem Speicher (14) eine Mehrzahl von Anweisungen (18) gespeichert sind, die, wenn sie durch einen Prozessor (16) ausgeführt werden, bewirken, daß der Prozessor (16): aus den empfangenen Nachrichtendaten eine Routenaktualisierungsnachricht extrahiert (32), wobei die empfangenen Nachrichtendaten als Anhang eine Routenaktualisierungsnachricht haben, und die Etappenzahl und den Schaltintegrator, welche in der Routentabelle gespeichert sind, auf der Basis der extrahierten Routenaktualisierungsnachricht aktualisiert (34).
Knoten nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Routenaktualisierungsnachricht mehr als ein N-Bit-Wort hat, wobei die Routentabelle aktualisiert wird, indem zumindest jedes N-Bit-Wort in der Routenaktualisierungsnachricht in vertikaler Richtung von dem ersten bis zum letzten gespeichert wird, eine Spalte von Bits, welche dem Zielknoten (10) entspricht, ausgewählt wird, und die Etappenzahl, die zu dem Zielknoten (10) gehört, als diejenige Binärzahl bestimmt wird, welche durch die Spalte von Bits definiert wird, welche dem Zielknoten (10) entspricht.
Knoten (10) innerhalb eines drahtlosen Netzwerks, mit: einem Prozessor (16), einem Speicher (14), der mit dem Prozessor (16) verbunden ist, wobei in dem Speicher (14) eine Mehrzahl von Anweisungen (18) gespeichert sind, die, wenn sie durch einen Prozessor (16) ausgeführt werden, bewirken, daß der Prozessor (16): auf der Basis zumindest eines Zielknotens (10) eine Zielkennung bestimmt, auf der Basis des zumindest einen Zielknotens (10) eine Routenkennung bestimmt sowie eine Konfiguration des drahtlosen Netzwerkes bestimmt, die an einem Quellknoten (10) bekannt ist, wobei die Routenkennung zumindest einen Nachbarknoten (10) innerhalb des drahtlosen Netzwerkes anzeigt, auf der Basis der Konfiguration des drahtlosen Netzwerkes, die an dem Quellknoten (10) bekannt ist, eine Routenaktualisierungsnachricht einschließlich zumindest einer Verbindungsfähigkeitsmaske bestimmt, und die Nachrichtendaten mit der Zielkennung, der Routenkennung und der Routenaktualisierungsnachricht als Anhang sendet.
Knoten (10) innerhalb eines drahtlosen Netzwerkes, mit: einem Prozessor (16), einem Speicher (14), der mit dem Prozessor (16) verbunden ist, wobei in dem Speicher (14) eine Mehrzahl von Anweisungen (18) gespeichert ist, die, wenn sie von einem Prozessor (16) ausgeführt werden, bewirken, daß der Prozessor (16) aus den empfangenen Nachrichtendaten eine Zielkennung extrahiert, wobei die empfangenen Nachrichtendaten eine Zielkennung, einen Routenindikator und eine Routenaktualisierungsnachricht als Anhang haben, die extrahierte Zielkennung mit einer Knotenadresse vergleicht, und die empfangenen Nachrichtendaten verarbeitet (40), wenn die extrahierte Zielkennung mit der verglichenen Knotenadresse übereinstimmt.
Knoten nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Prozessor (16) veranlaßt wird, daß er eine Konfiguration des drahtlosen Netzwerkes aktualisiert, indem er jedes N-Bit-Wort in der Routenaktualisierungsnachricht in vertikaler Richtung vom ersten zum letzten stapelt, eine Spalte von Bits auswählt, welche dem Zielknoten (10) entspricht, und eine Etappenzahl, die zu dem Zielknoten (10) gehört, als die Binärzahl bestimmt, welche durch die Spalte von Bits entsprechend dem Zielknoten (10) definiert wird.
Drahtloses Netzwerk mit einer Mehrzahl von Knoten (10), wobei jeder Knoten (10) aufweist: eine Routentabelle, die eine Mehrzahl von Etappenzahlen und eine Mehrzahl von Schaltindikatoren hat, welche zu der Mehrzahl von Knoten gehören, einen Empfänger (12), der mit der Routentabelle verbunden ist, wobei der Empfänger (12) Nachrichtendaten empfängt, die als Anhang mit einer Routenkennung und einer Routenaktualisierungsnachricht versehen sind, und einen Sender (20), der mit dem Empfänger (12) und mit der Routentabelle verbunden ist, wobei der Sender (20) Nachrichtendaten mit der auf der Basis der Routentabelle aktualisierten Routenkennung und der Routenaktualisierungsnachricht sendet.
Drahtloses Netzwerk nach Anspruch 13, wobei jeder Knoten (10) weiterhin aufweist: Code zum Stapeln jedes N-Bit-Wortes in der Routenaktualisierungsnachricht in vertikaler Richtung vom ersten bis zum letzten, Auswählen einer Spalte von Bits, welche dem Zielknoten (10) entspricht, und Bestimmen der Etappenzahl, die zu dem Zielknoten (10) gehört, als die binäre Anzahl, die durch die Spalte von Bits definiert wird, welche dem Zielknoten (10) entspricht, wenn die Routenaktualisierungsnachricht mehr als ein N-Bit-Wort hat.