DE69210596T2

DE69210596T2 - Zwischenverstärkerarchitektur zur infrarotübertragung

Info

Publication number: DE69210596T2
Application number: DE69210596T
Authority: DE
Inventors: Richard Allen; Gary Cisneros; Stanley Fickes; Gary Hugues; Walter Johnson; James Konsevich; John Piccone; Bernard Stewart
Original assignee: Photonics Corp
Current assignee: Photonics Corp
Priority date: 1991-02-22
Filing date: 1992-02-19
Publication date: 1996-09-12
Anticipated expiration: 2012-02-20
Also published as: EP0577698A1; US5384652A; EP0577698B1; US5563728A; JPH06505382A; EP0577698A4; DE69210596D1; WO1992015157A1

Description

Anwendungsbereich der Erfindung

Diese Erfindung betrifft das Gebiet des Informationsaustauschs zwischen Maschinen. Insbesondere betrifft diese Erfindung den Informationsaustausch unter Verwendung von Infrarotsignalen als Übertragungsmedium.

Hintergrund der Erfindung

Auf dem Gebiet des Datenaustauschs zwischen und unter verschiedenen digitalen Maschinen sind solche Maschinen herkömmlicherweise mittels Draht, Kabel, optischem Kabel und dgl. miteinander gekoppelt. Die Übertragungsstrecke zwischen Maschinen bindet die Maschine an einen bestimmten Platz, z.B. den Schreibtisch eines Benutzers. Selbst bei einer gerichteten Infrarotstrecke, wie sie in der U.S,- Patentschrift Nr. 4,977,618 beschrieben ist, muß ein Computer mit dem Infrarot-Sender/Empfänger festverdrahtet und im wesentlichen ortsfest sein.
Mit der Einführung von Portables und Notebook-Computern und der Verfügbarkeit von Anwendungssoftware wünschen Benutzer die Leistung eines Netzwerks, ohne an ihren Schreibtisch gebunden zu sein. Solche Benutzer sind u.a. Mitarbeiter eines Unternehmens und Schüler oder Studenten. In der Unternehmensumgebung produziert der Benutzer seine Arbeit auf dem Notebook-Computer. Außerdem versuchen Kollegen, mit dem Benutzer mittels elektronischer Post über ein lokales Netzwerk zu kommunizieren. Der Benutzer hat deshalb den Wunsch, seinen Notebook innerhalb des Unternehmens mit sich zu führen, beispielsweise zu Besprechungen, in ein Labor, zu Seminaren und dgl. Der Benutzer möchte bei Besprechungen, Vorträgen und dgl. auf Daten zugreifen können oder seinen Kollegen Daten bereitstellen sowie sich Notizen machen, Daten zusammenstellen, Memos erstellen, Kommentare zu Dokumenten hinzufügen und dabei in der Lage sein, auf das Netz zuzugreifen.
Die US-Patentschrift 4,809,257 beschreibt ein Infrarot- Kommunikationssystem, bei dem Einheiten mit Sendern/Empfängern ausgestattet sind, die verschiedenen Kategorien angehören, von denen ein jeder seine eigene Übertragungsleistung und Empfangsempfindlichkeit in Abhängigkeit vom erforderlichen Abstandsbereich hat. Dies gestattet eine gleichzeitige, unabhängige IR-Kommunikation zwischen Geräten niedriger Leistung/Empfindlichkeit und Geräten hoher Leistung/Empfindlichkeit. Gleichzeitige Signale in einem gemeinsamen Bereich können einander stören, und die betreffenden Übertragungen können teilweise oder gänzlich verlorengehen.
Ein Student oder Schüler bewegt sich mit seinem Notebook zwischen den verschiedenen Unterrichts- bzw. Vorlesungsräumen, den Labors und ähnlichen Einrichtungen. Idealerweise könnte ein Schüler oder Student eine Aufgabe über das Netz empfangen, die Aufgabe auf seinem Notebook-Computer erledigen und zur Benotung über das Netz zurückschicken. Prüfungen könnten auf ähnliche Weise abgehalten werden. Die Unbeweglichkeit eines Knotens in einem herkömmlichen Netzwerk schränkt die Leistung eines Portable erheblich ein, indem er entweder die Tragbarkeit oder bei Tragbarkeit den Zugriff auf ein Netz verhindert.
Informationen werden werden durch Hochfrequenzsignale übertragen. Ein Funk-Sender/Empfänger würde einem Benutzer den mobilen Zugriff auf ein lokales Netzwerk gestatten. Der Funkverkehr unterliegt jedoch strengen Kontrollen seitens der Federal Communications Commission, wodurch diese Vorgehensweise prohibitiv teuer wird. Außerdem sind die über ein lokales Funknetzwerk übertragenen oder in diesem gespeicherten Informationen anfällig gegenüber willentlicher oder versehentlicher Verstümmelung oder Diebstahl.
Ein anderer Ansatz, bei dem diffuse Infrarotsignale verwendet werden, gestattet die Mobilität des Benutzers innerhalb eines gegebenen Raums. Bei dieser Technik ist ein Transponder in der Decke oder in einer Wand eingebaut. Bei Räumen, die für die Erfassung durch einen einzigen Transponder zu groß sind, können auch mehrere Transponder vorgesehen werden. Diese mehreren Transponder sind durch Signalkabel miteinander verbunden. Durch die erforderliche Kabelverbindung zwischen den Transpondern ergeben sich die gleichen Schwierigkeiten und Probleme in Zusammenhang mit der Herstellung von Kabelverbindungen, wie sie bei einer normalen Übertragungsstrecke, z.B. einem lokalen Netzwerk auftreten. Ein derartiges System gestattet die Kommunikation von Knoten zu Knoten nur über den in der Decke eingebauten Transponder. Eine Kommunikation von Knoten zu Knoten ist nicht möglich. Somit müßte jeder Raum innerhalb eines Unternehmens oder dgl. mit einem Transponder ausgestattet sein, um eine Kommunikation zu ermöglichen. Falls keine Transponder vorhanden sind, ist keine Kommunikation möglich. Darüber hinaus hat man bisher kein Protokoll oder keine Architektur für den Datenaustausch schaffen können, die eine wahre Benutzermobilität gestatten.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt ein Blockschema eines typischen Knotens nach dem bevorzugten Ausführungsbeispiel.
Fig. 2 zeigt ein Blockschema eines Verstärkers nach dem bevorzugten Ausführungsbeispiel.
Fig. 3 zeigt ein Flußdiagramm der LOG IN-Abfolge.
Fig. 4A bis 4C zeigen die Schrittfolge für den Datenaustausch zwischen Knoten nach Fall I der vorliegenden Erfindung.
Fig. 5 zeigt eine Übertragungskollision für Fall 1.
Fig. 6A und 6D zeigen die Schritte einer Identifizierungsabfolge für ein Netz bei einem System mit einem Verstärker.
Fig. 7A bis 7F zeigen die Schrittfolge für den Datenaustausch zwischen Knoten nach Fall II der vorliegenden Erfindung.
Fig. 8A bis 8R zeigen die Schrittfolge für den Datenaustausch zwischen Knoten nach Fall III der vorliegenden Erfindung.
Fig. 9A bis 9C zeigen die Schrittfolge für den Datenaustausch zwischen Knoten nach einem zweiten Ausführungsbeispiel des Falls III.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Kommunikation über eine Infrarotstrecke stellt ein geeignetes Medium in einer Netzstrecke für tragbare Knoten, wie z.B. Notebook-Computer, dar. Die Strecke kann mit oder ohne Verstärkerschaltung arbeiten. Jeder Knoten ist automatisch zur Anpassung an die Strecke neu konfigurierbar, gleichgültig, ob ein Verstärker vorhanden ist oder nicht.
Jeder Knoten enthält einen mit jedem Knoten gekoppelten Sender/Empfänger für diffuses Infrarot zum Übertragen und Empfangen codierter Infrarotsignale, Einrichtungen für die direkte Kommunikation zwischen Knoten, wenn kein Verstärker vorhanden ist, und Einrichtungen zum Verhindern einer direkten Kommunikation zwischen Knoten, wenn ein Verstärker vorhanden ist. Die Kommunikation zwischen Knoten bei einem vorhandenen Verstärker beinhaltet, daß ein Senderknoten ein codiertes Infrarotsignal an den Verstärker schickt, und der Verstärker das codierte Infrarotsignal an einen Empfängerknoten zurücküberträgt.
Die Strecke kann erfolgreich mit mehreren Verstärkern arbeiten. Es kann nur ein Verstärker mit einem Token mit einem Knoten kommunizieren. Ein Verstärker kann ein Token herstellen, wenn kein benachbarter Verstärker ein Token besitzt.

Detaillierte Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels

Informationen werden in einem Netzwerk über diffuse Infrarotsignale übertragen. Ein Netzwerkknoten kann ein Portable oder ein Notebook-Computer sein. Ein Knoten kann auch ein herkömmlicher Personal Computer, ein Drucker, ein Modem, ein Dateiserver und dgl. sein. Es sind jedoch auch andere Knoten denkbar. Ein Knoten kann beispielsweise eine handgeführte Spezial-Steuerungseinheit für die Lagerbestandsverwaltung sein, die ein Lagerhaus-Operator verwendet, oder ein handgeführtes Spezial-Qualitätskontrollmodul für den Einsatz in einer Fertigungsstätte. Im Rahmen dieser Beschreibung ist unter einem Knoten jede digitale Maschine zu verstehen, die zum Datenaustausch in einem digitalen Kommunikationsnetz, wie beispielsweise ein lokales Netzwerk, fähig ist, gleichgültig, ob sie mobil ist oder nicht. Ein Knoten könnte also ein Notebook-Computer, ein Tischcomputer, ein Drucker, ein Fernkopierer, ein Dateiserver oder dgl. sein.
Fig. 1 zeigt ein Blockschema eines typischen Knotens nach dem bevorzugten Ausführungsbeispiel Jeder Knoten 100 des Kommunikationsnetzes enthält einen Infrarot-Sender/Empfänger 102. Jeder Sender/Empfänger 102 enthält einen Infrarotsender 104, z.B. eine Infrarotlicht emittierende Diode, einen Infrarotempfänger 106, z.B. eine Photodiode oder einen Phototransistor, sowie eine entsprechende Steuerschaltung 108. Zur Erhöhung der Übertragungsleistung des Infrarotsenders 104 können mehrere Infrarotlicht emittierende Dioden verwendet werden Die Steuerschaltung 108 enthält eine Analogschaltung 110 zum Ansteuern der Infrarotlicht emittierenden Dioden mittels eines D/A-Wandlers 112 und zum Auswerten der von der Photodiode empfangenen Signale mittels eines A/D-Wandlers 114. Die Steuerschaltung 118 enthält außerdem Logikschaltungen 116, die mit der Analogschaltung 110 und einem Digitalsystem 118 kommunizieren können. Die Logikschaltung 116 besitzt hinreichende Fähigkeiten, um die nachstehend beschriebenen Funktionen ausführen zu können.
Ein nach der vorliegenden Erfindung arbeitender Knoten wird in einem Raum einwandfrei funktionieren, gleichgültig, ob ein Deckenverstärker vorhanden ist oder nicht. Mit anderen Worten, zwischen mehreren Knoten kann ein Netzwerk aufgebaut werden, die auf dieselbe Weise wie ein festverdrahtetes lokales Netzwerk Informationen gemeinsam nutzen können, ohne eine Verstärkerschaltung einzuschalten. Außerdem kann ein Netzwerk in einem Raum mit einer oder mehreren Verstärkerschaltungen aufgebaut werden. Jeder dieser drei verschiedenen Betriebsfälle wird beschrieben.
Fig. 2 zeigt ein Blockschema eines dem bevorzugten Ausführungsbeispiel entsprechenden Verstärkers. Entsprechend der vorliegenden Erfindung kann ein Verstärker vorhanden sein, ist jedoch keine absolute Forderung. Ein Verstärker 120 enthält einen Infrarot-Empfänger/Sender 122. Der Empfänger/Sender 122 enthält einen Infrarotsender 124, z.B. eine Infrarotlicht emittierende Diode, einen Infrarotempfänger 126, z.B. eine Photodiode oder einen Phototransistor, sowie eine entsprechende Steuerschaltung 128. Zur Erhöhung der Übertragungsleistung des Infrarotsenders 124 können mehrere Infrarotlicht emittierende Dioden verwendet werden. Die Steuerschaltung 128 enthält eine Analogschaltung 130 zum Ansteuern der Infrarotlicht emittierenden Dioden mittels eines D/A-Wandlers 132 und zum Auswerten der von der Photodiode empfangenen Signale mittels eines A/D- Wandlers 134. Die Steuerschaltung 138 enthält außerdem Logikschaltungen 136, die mit der Analogschaltung 130 kommunizieren können. Die Logikschaltung 136 besitzt hinreichende Fähigkeiten, um die nachstehend beschriebenen Funktionen ausführen zu können. Für bestimmte Anwendungen werden die Logikschaltungen über einen Hardware-Verstärkerbus 140 mit Logikschaltungen anderer Verstärker gekoppelt.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung senden Knoten und Verstärker Informationspakete mit einem Synchronisierungsimpulsvorspann (Sync). Ein Knoten kann nur ein Paket mit einem A-Sync oder einem C-Sync senden. Ein Verstärker kann nur einen B-Sync oder einen D-Sync senden. Ein Knoten kann entweder einen A-Sync oder einen B-Sync, aber nicht beide, empfangen. Ein Verstärker kann einen A-Sync, C-Sync oder D- Sync empfangen. Die Umstände, die bestimmen, wann diese Synchronisierungssignale und die beigefügten Informationspakete gesendet oder empfangen werden können, werden nachstehend beschrieben.
Der bevorzugte Synchronisierungsimplus enthält 64 Bits. Die ersten 48 Bits sorgen für die Synchronisierung. Die restlichen 16 Bits definieren den Synchronisierungstyp. Die binären Daten dieser Impulse sind wie folgt: A-Sync B-Sync C-Sync D-Sync
Sämtliche Pakete haben eine vorgegebene Größe, vorzugsweise 64 Byte Informationen. Es können Bytes unterschiedlicher Größe verwendet werden.

FALL I: KEIN VERSTÄRKER VORHANDEN

Es sei ein Raum angenommen, in dem keine Infrarotverstärkervorrichtung vorhanden ist, z.B. ein kleines Besprechungszimmer eines Unternehmens. Ein erster Benutzer betritt den Raum, um an der Besprechung teilzunehmen. Der Benutzer hat seinen Notebook-Computer dabei, der Informationen enthält, die mit anderen Teilnehmer gemeinsam elektronisch zu nutzen sind. Ein Knoten muß zuerst seine Verbindung zu einem Netzwerk herstellen (LOG IN), bevor er Netzverkehr senden oder empfangen kann; Fig. 3 zeigt eines Flußdiagramm dieser Abfolge. Ein Knoten wird so vorkonfiguriert (150), daß er auf ein System mit einem Verstärker eingestellt ist, und kann deshalb nur Pakete mit einem C- Sync-Vorspann (ein C-Sync-Paket) senden und nur Pakete mit einem B-Sync-Vorspann (ein B-Sync-Paket) empfangen. Alternativ könnten Knoten so konfiguriert sein, daß sie keinen Verstärker erwarten und deshalb nur A-Sync-Pakete senden oder empfangen könnten. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wartet der Knoten zunächst auf ein erforderliches Netzverkehrswartefenster (traffic delay period - TDP) (152) ab, um zu bestimmen, ob innerhalb des Gesichtsfeld des Knotens ein Netzverkehr stattfindet, um so Kollisionen zu vermeiden. Findet während der TDP (154) ein Netzverkehr statt, so wartet der Knoten erneut auf ein TDP; wenn nicht, sendet er ein C-Sync-Netzidentifikationspaket (C-NI) (156), um nachzufragen, ob ein Verstärker vorhanden ist, der den Synchronisierungsimpuls erkennen kann. Erhält der Knoten auf das C-NI innerhalb des TDP keine Antwort, so wird sich der vereinzelte Knoten selbst neu konfigurieren (164), um Signale von anderen Knoten zu empfangen. Der Knoten kann das C-NI (160 und 162) X mal wiederholen, um zum einen sicherzustellen, daß er die Nachricht ordnungsgemäß sendet und daß sein Sender/Empfänger nicht blockiert ist, z.B. durch die Hand des Benutzers. Der Knoten wird nun eine eine A-Sync-Netzidentifikationsmeldung (A-NI) (166) senden, mit der er sich selbst identifiziert und die Knoten auflistet, mit denen er Kontakt hergestellt hat.
Wird ein zweiter Knoten in den Raum gebracht, so wird dieser die gleichen Schritte wie soeben für den ersten Knoten beschrieben ausführen. Er wird die A-NI-Meldung des ersten Knotens ignorieren, da er so konfiguriert ist, daß er nur B-Sync-Pakete erkennt. Der Knoten 2 wird dann ein C-NI- Signal senden, das nachfragt, ob sich ein Verstärker innerhalb seines Senderadius befindet. Da im Fall I kein Verstärker vorhanden ist, empfängt der Knoten 2 keine Bestätigung für das Vorhandensein eines Verstärkers. Dementsprechend wird sich der Knoten 2 neu konfigurieren, um Signale von einem anderen Knoten empfangen zu können. Nunmehr sind beide Knoten 1 und 2 so konfiguriert, daß sie Signale von anderen Knoten empfangen können.
Jedes A-NI-Paket identifiziert den Quellbenutzer und listet alle Benutzer auf, mit denen es kommunizieren kann. Bis zu dem Zeitpunkt, zu dem ein Benutzer ein A-NI-Paket empfängt, bleibt jede Liste auf Null gesetzt. Sobald ein Knoten ein A-NI-Paket empfängt, antwortet er mit einem A-NI-Paket, das seinen Benutzer sowie die von ihm erkennbaren Benutzer identifiziert.
Da dieses System für Netzwerke anwendbar ist, bei denen die Identifizierung eines Benutzer für Anwendungen, wie z.B. das Senden elektronischer Post oder die Kontrolle des Zugriffs auf das Netzwerk oder bestimmte Daten für berechtigte Benutzer von Bedeutung ist, ist es wichtig, daß individuelle Benutzer erkannt werden. Ein A-NI-Paket kann also die LOG IN-Kennung des Benutzers als Knotenkennung enthalten. Die Listen erkennbarer Benutzer würden dann die Netz-LOG IN-Kennung für jeden Benutzer enthalten, dessen Knoten von den jeweils anderen Knoten erkannt wird. Eine solche Liste würde einen erheblichen Platzbedarf für die Paketübertragung mit sich bringen. Dementsprechend können den im Netzwerk erkannten individuellen Knoten Knotennummern zugewiesen werden. Dem von anderen Knoten erkennbaren ersten Knoten würde beispielsweise Knoten 1, dem nächsten als Knoten 2 usw. zugewiesen. Die A-NI-Meldung würde dann die LOG IN-Kennung des sendenden Benutzers, die Knotennummer und schließlich die Liste der Knotennummern enthalten. Auf diese Weise ließe sich der Verkehrsplatzbedarf für die Liste erheblich verringern. Zur Vereinfachung dieser Beschreibung wird im folgenden nur der Verweis "Hier Knoten n, ich erkenne Knoten 1, Knoten 2, ..." gegeben, wobei es sich von selbst versteht, daß die Benutzerkennung geprüft worden ist.
Dieser Zyklus wird so lange fortgesetzt, bis ein dritter Knoten in den Raum kommt. Der dritte Knoten erkennt keinerlei von Knoten 1 oder Knoten 2 gesendete Informationen, da er so vorkonfiguriert ist, daß er nur C-Sync-Pakete erkennt. Statt dessen wird der dritte Knoten auf das TDP warten und danach einen C-Sync absetzen, um nach einem Verstärker zu suchen. Da dieser Raum keinen Verstärker hat, wird sich der dritte Knoten schließlich neu konfigurieren, damit er A-Sync-Pakete entsprechend dem Flußdiagramm von Fig. 3 empfangen kann. Er wird dann auch die Übertragungen der Knoten 1 und 2 erkennen. Zu einem geeigneten Zeitpunkt antwortet der Knoten 3 mit seinem A-NI-Paket "Hier Knoten 3, ich erkenne Knoten 1, Knoten 2". Diese Prozedur kann für eine beliebige Anzahl von Knoten in einem Raum ohne Verstärker unendlich oft wiederholt werden.
Trägt einer der Benutzer seinen Knoten aus dem Raum, so wird dieser Knoten nicht mehr mit seiner Netzidentifikationsmeldung antworten. Verläßt beispielsweise der Knoten 2 nach seiner letzten Anrufrückmeldung den Raum, so wird der Knoten 3 sagen "Hier Knoten 3, ich erkenne Knoten 1, Knoten 2". Der Knoten 1 antwortet "Hier Knoten 1, ich erkenne Knoten 2, Knoten 3". Da der Knoten 2 nicht mehr anwesend ist, antwortet er nicht mit seiner entsprechenden Anrufrückmeldung. Nachdem der Knoten 3 auf das TDP gewartet hat, antwortet er mit dem A-Sync-Paket "Hier Knoten 3, ich erkenne Knoten 1". Die freie Knotennummer 2 wird einem neuen Knoten zugewiesen, der später in den Raum gebracht wird.
Natürlich wird die zusätzlichen Platzbedarf beanspruchende A-NI-Rückmeldungsübernahme so lange aufgehoben, wie zulässiger Netzverkehr stattfindet. Die Rückmeldungsübernahme tritt nur während der Netzwerk-Leerlaufzeiten auf, nachdem das TDP abgelaufen ist.
Im Fall I werden die Daten zwischen zwischen den Knoten durch die folgende in Fig. 4 dargestellte Prozedur ausgetauscht. Möchte beispielsweise der Knoten 1 (50) Daten an den Knoten 2 (52) senden, so überträgt der Knoten 1 zunächst eine Signalsendeanforderung (request to send) RTS. Da der Knoten 1 (50) für den Datenaustausch mit anderen Knoten konfiguriert ist, enthält jedes Informationspaket den A-Sync-Vorspann. Um dies zu verdeutlichen, zeigt Fig. 4A, wie der Knoten 1 ein A-RTS-Paket überträgt, d.h., daß er eine Sendeanforderung mit dem A-Sync-Vorspann überträgt. Als Antwort überträgt der Knoten 2 ein Sendefreigabepaket (dear to send - CTS). Fig. 4B zeigt also, daß der Knoten 2 (52) ein A-CTS-Paket überträgt. Mit Empfang des A-CTS- Signals überträgt der Knoten 1 dann seine Daten. Die Daten beinhalten auch den A-Sync-Vorspann. Die Signale RTS und CTS beinhalten auch einen Kopf, der angibt, welcher Knoten sendet und welcher Knoten für den Empfang vorgesehen ist.
Man betrachte ein System mit drei Knoten 50, 52 und 54, wie in Fig. 5 dargestellt. Es besteht die Möglichkeit einer Datenkollision. Es kann z.B. sein, daß sowohl der Knoten 1 (50) als auch der Knoten 2 (52) Daten gleichzeitig übertragen möchte. Jeder setzt eine Sendeanforderungssignal ab. Der Knoten 1 (50) überträgt ein A-RTS an den Knoten 3 (54), und der Knoten 2 (52) sendet ein A-RTS an den Knoten 1 (50). Da das Infrarotsignal im gesamten Raum streut, empfängt jeder Knoten die Übertragung von jedem anderen Knoten. Wegen der Kollision zwischen den A-RTS-Paketen, empfängt kein Knoten des Netzwerkes eine Sendeanforderung. Aus diesem Grund wird keiner der Knoten mit einem A-CTS-Paket antworten. Nach dem Warten auf das entsprechende Zeitfenster, erkennt sowohl der Knoten 1 (50) als auch der Knoten 2 (52), daß ihr jeweiliges A-RTS-Paket nicht empfangen worden ist. Jeder wird eine beliebig lange Zeit warten, bevor er sein Sendeanforderungssignal erneut absetzt. Da die Wartezeit beliebig und veränderlich ist, wird schließlich eines der A-RTS-Pakete ordnungsgemäß empfangen. Wird das A- RTS-Paket des Knotens 1 vom Knoten 3 ordnungsgemäß empfangen, so wird es auch vom Knoten 2 ordnungsgemäß empfangen. Der Knoten 2 erkennt, daß das A-RTS nicht für ihn bestimmt ist, wird jedoch sein eigenes A-RTS so lange nicht übertragen, bis die Datenübertragung zwischen dem Knoten 1 und dem Knoten 3 abgeschlossen ist. Der Knoten 3 antwortet automatisch mit seinem A-CTS-Paket. Danach schickt der Knoten 1 (50) die Daten an den Knoten 3. Der Knoten 2 empfängt die Daten ebenfalls, ignoriert sie jedoch, da er nicht der vorgesehen Empfänger ist.

FALL II: SYSTEM MIT EINEM EINZELNEN VERSTÄRKER

Ein potentieller Raum eines Netzwerkes enthält eine einzelne Verstärkerschaltung 60, die in der Decke installiert ist. Der Verstärker könnte auch an einer Wand, auf einer Tischfläche oder einer anderen geeigneten Stelle installiert sein.
Ein erster Knoten 62 wird in den Raum gebracht. Wie im Fall I muß sich der Knoten zunächst beim Netz anmelden (LOG IN), wie in Fig. 6A gezeigt. Unter erneuter Bezugnahme auf das Flußdiagramm in Fig. 3 empfängt der Knoten diesmal eine entsprechende Antwort (158) auf seine Übertragung des C-NI Pakets (156). Der Verstärker überträgt ein B-NI-Paket, mit dem er den Knoten informiert, daß es sich bei ihm um den Verstärker 1 handelt, dem Knoten eine Nummer zuweist, die von ihm erkannten Verstärker und Knoten, die er in Fig. 6B erkennt, auflistet. In diesem Fall wird dem Knoten 62 die Knotennummer 1 zugewiesen. Der Verstärker 60 meldet, mit welchen Knoten er kommunizieren kann. Analog antwortet jeder Knoten mit einem C-NI-Paket, mit dem er angibt, mit welchen Verstärkern er kommunizieren kann. Da das C-NI- Paket des Knotens einen C-Sync-Vorspann hat, kann kein anderer Knoten sein C-Ni-Rückmeldungssignal erkennen. Ein zweiter Knoten 64 wird in Raum gebracht (Fig. 6C) und überträgt ein C-NI-Paket. Der Knoten 1 (62) empfängt ebenfalls das C-NI-Paket, da diesem jedoch ein C-Sync-Vorspann vorangestellt ist, und der Knoten 1 (62) so konfiguriert ist, daß er nur Daten oder Befehle von einem Verstärker, d.h. Pakete mit einem B-Sync-Vorspann empfangen kann, ignoriert er die Meldung. Der Verstärker 60 überträgt das B-NI-Paket mit einem B-Sync-Vorspann, der angibt, daß es sich bei ihm um einen Verstärker handelt, der mit dem Knoten 1 (62) und dem Knoten 2 (64) kommunizieren kann, wie in Fig. 6D dargestellt.
Fig. 7A - 7F zeigen die Abfolge für den Datenaustausch zwischen dem Knoten 1 (62) und dem Knoten 2 (64) des in Fig. 5 dargestellten Netzwerks. Der Knoten 1 (62) überträgt zunächst ein C-RTS. Der Verstärker 60 empfängt das C-RTS. Aufgrund des C-Sync-Vorspanns ignoriert der Knoten 2 das Signal. In Fig. 7B überträgt der Verstärker ein B-CTS. Alle Knoten innerhalb des Gesichtsfeldes des Verstärkers empfangen das Signal. Selbstverständlich kann der Knoten 2 nicht auf das Signal reagieren, da er kein RTS-Paket gesendet hat. Der Knoten 1 beginnt die Übertragung seiner Daten mit einem C-Sync-Vorspann. Da die Daten einen C-Sync-Vorspann haben, ignoriert der als Empfänger vorgesehene Knoten 2 die Daten, wie mit einer gestrichelten Linie in Fig. 7C gezeigt.
Die vom Knoten 1 übertragenen Daten werden nun im Speicher des Verstärkers 60 gespeichert. Der Verstärker überträgt ein B-RTS-Paket, mit dem er anzeigt, daß er Daten an den Knoten 2 übertragen muß. Knoten 1 und 2 emfangen jeweils das B-RTS. Da der Knoten 2 (64) der vorgesehene Empfänger ist, antwortet er mit einem C-CTS. Der Knoten 1 empfängt das C-CTS ebenfalls, irgnoriert es jedoch wegen des C-Sync- Vorspanns, wie in Fig. 7E gezeigt. In Fig. 7F überträgt der Verstärker 60 die Daten mit einem B-Sync-Vorspann. Da er kein C-CTS-Paket gesendet hat, wird der Knoten 1 die Daten ignorieren. Der Knoten 2 (64) empfängt die Daten.

FALL III: SYSTEM MIT MEHREREN VERSTÄRKERN

Die vorliegende Erfindung ist auch in einem System mit mehreren Verstärkern funktionsfähig. Bei einem solchen System ist es möglich und in der Tat wahrscheinlich, daß ein beliebiger Verstärker nicht fähig ist, mit allen Knoten oder allen Verstärkern des Netzes direkt zu kommunizieren. Analog können mnache Knoten in der Lage sein, mit mehr als einem, jedoch nicht mit allen Verstärkern des Netzes zu kommunizieren. Dessen ungeachtet muß ein Benutzer seinen Zugang zum Netz aufrechterhalten, wenn er sich mit seinem Knoten innerhalb eines Raums mit mehreren Verstärkern oder innerhalb eines Netzes, das mehrere Räume und mehrere Verstärker umfaßt, bewegt.
Auch wenn mehrere Verstärker vorhanden sind, muß sich ein Knoten trotzdem wie im Fall I und Fall II bei Netz anmelden (LOG IN). Wie im Fall II, kann ein Knoten nur ein C-Sync- Paket übertragen und ein B-Sync-Paket empfangen. Ein Verstärker kann nur dann Daten übertragen, wenn er über eine ordnungsgemäße Berechtigung verfügt, was durch ein Token angezeigt wird.
Es sei das in Fig. 8 dargestellte Netzwerk betrachtet. Es umfaßt drei Verstärker 70, 72 und 74 sowie sieben Knoten 76, 78, 80, 82, 84, 86 und 88. Der Verstärker 70 kann direkt mit den Knoten 76, 78 und 80 kommunizieren. Der Verstärker 72 kann mit den Knoten 80, 82 und 84 kommunizieren. Der Verstärker 74 kann mit den Knoten 84, 86 und 88 kommunizieren. Jeder Knoten könnte Infrarotsignale empfangen und an seine unmittelbaren Nachbarn senden, wenn er entsprechend konfiguriert wäre.
Wie im Fall I und II gibt es ein Netzidentifikationspaket für die Rückmeldungsübernahme, das von einem Knoten oder einem Verstärker immer dann gesendet wird, wenn im Netz eine Totzeit vorliegt. Wie im Fall II wird immer dann, wenn ein Verstärker ein Netzidentifikationspaket überträgt, dieses einen B-Sync-Vorspann haben, der anzeigt, daß es sich um einen Knoten handelt. Analog wird jedes von einem Knoten übertragene Netzidentifikationspaket ein C-Sync-Paket enthalten, das anzeigt, daß es sich um einen Knoten handelt.
Jeder Verstärker überträgt wie zuvor an seine Knoten ein B- NI-Paket, das anzeigt, welche Knoten er erkennen kann. Außerdem überträgt jeder Verstärker periodisch ein D-NI- Paket an die anderen Verstärker im Netz, um ihnen anzuzeigen, welche Knoten er erkennen kann. Ein Verstärker kann nur dann B-Sync-Pakete übertragen, wenn er im Besitz eines Token ist.
In Fig. 8A möchte der Knoten 76 Informationen an den Knoten 78 übertragen. Der Knoten 76 überträgt wie im Fall II ein C-RTS an den Verstärker 70. Wie aus Fig. 8B ersichtlich, antwortet der Verstärker 70 nicht auf das A-RTS vom Knoten 76, da er kein Token 90 besitzt. Erhält der Verstärker 70 das Token 90 innerhalb einer passenden Verzögerungszeit, so antwortet er mit einem B-CTS-Signal, wie in Fig. 8C gezeigt. Erhält er das Token zu spät, um eine solche Antwort geben zu können, wird der Knoten 76 schließlich das C-RTS- Paket und die in Fig. 8A gezeigte Abfolge wiederholen. Sobald der Verstärker 70 ein entsprechendes B-CTS-Signal überträgt, wird es von den Knoten 76, 78 und 80 sowie vom Verstärker 72 empfangen. Da der Verstärker 72 alle B-Sync- Pakete ignoriert, wird diese Übertragung mit einer gestrichelten Linie in Fig. 8C dargestellt. Die Knoten 78 und 80 ignorieren die Übertragung, da sie kein C-RTS-Signal gesendet haben. Der Knoten 76 überträgt ein C-Sync-Paket mit den zu übergebenden Daten. Da die Daten einen C-Sync-Vorspann haben, ignoriert der Knoten 78 die Übertragung, wie in Fig. 8D gezeigt. Die Daten werden im Verstärker 70 gespeichert, der dann ein B-RTS-Signal absetzt, um zu melden, daß er Daten an den Knoten 78 übertragen möchte. Die Knoten 76 und 80 sowie der Verstärker 72 empfangen jeweils die Infrarotübertragung. Der Verstärker 72 ignoriert sie, da sie einen B-Sync-Vorspann hat. Die Knoten 76 und 80 ignorieren die Meldung, da sie nicht die adressierten Empfänger sind. Der Knoten 78 überträgt das C-CTS-Signal an den Verstärker 70. Die Knoten 76 und 78 können den C-CTS-Befehl nicht empfangen, weil er einen C-Sync-Vorspann hat. Da der Verstärker 70 immer noch das Token 90 besitzt, überträgt er die Daten an den Knoten 78. Da die Knoten 76 und 78 kein CTS-Signal übertragen haben, ignorieren sie die Daten. Fig. 8H zeigt den ein D-RTS an den Verstärker 72 übertragenden Verstärker 70. Die Knoten 76, 78 und 80 ignorieren diese Übertragung, da sie einen D-Sync-Vorspann hat. Zur Übergabe des Token dient die D-Sync-Paketkommunikation zwischen Verstärkern. In diesem Fall meldet der Verstärker 70 dem Verstärker 72, daß er ein Token hat, das er übergeben möchte. In Fig. 8I überträgt der Verstärker 72 ein D-CTS an den Verstärker 70. Der Verstärker 74 ignoriert dieses Signal, da er kein RTS übertragen hat. Die Knoten 80, 82 und 84 ignorieren diese Übertragung, weil sie einen D-Sync-Vorspann hat. Das Token wird damit vom Verstärker 70 an den Verstärker 72 übergeben. Eine ähnliche Schrittabfolge findet zur Übergabe des Token vom Verstärker 72 an den Verstärker 74 statt (Fig. 8J).
In Fig. 8J überträgt der Knoten 76 ein C-RTS an den Knoten 82, mit dem das Senden von Daten an den Knoten 82 angefordert wird. Der Verstärker 70 ist der einzige Verstärker, der die C-RTS-Übertragung vom Knoten 76 empfängt, da er jedoch nicht im Besitz des Token 90 ist, antwortet der Verstärker 70 nicht, wie aus Fig. 8K ersichtlich. Das Token wird in Fig. 8L vom Verstärker 74 an den Verstärker 70 übergeben. Dementsprechend empfängt der Verstärker 70 ein B-CTS-Signal. Die Knoten 78 und 80 ignorieren das B-CTS, da sie kein C-RTS übertragen haben. Der Knoten 76 überträgt die Daten mit einem C-Sync-Vorspann, und nur der Verstärker 70 akzeptiert die Daten (Fig. 8M). In Fig. 3N ist das Token 90 graphisch so dargestellt, als ob es die Daten enthalten würde. Es versteht sich jedoch von selbst, daß die Daten tatsächlich in einer Speicherschaltung in dem Verstärker 70 gespeichert sind. Das Token wird in Fig. 8P vom Verstärker 70 an den Verstärker 72 übergeben. Die Daten werden ebenfalls zusammen mit dem Token über die D-RTS-, D-CTS- und D- Datensequenz übergeben. Sobald der Verstärker 74 die Daten in seiner Speicherschaltung gespeichert hat, überträgt der Verstärker ein D-RTS-Signal, das von den Verstärkern 70 und 74 ignoriert wird (Fig. 8P). Da der Knoten 82 der beabsichtigte Empfänger ist, antwortet er mit einem C-CTS-Signal, das nur der Verstärker 74 quittiert. Der Verstärker 74 überträgt dann die Daten mit einem B-Sync-Vorspann (Fig. 8R).
Das Token wird unter Verwendung von D-Sync-Paketen von einem Verstärker zum anderen übergeben. Deshalb weiß jeder Verstärker, ob ein benachbarter Verstärker das Token besitzt. Aus diesem Grund ist es bei einem alternativen Ausführungsbeispiel möglich, daß der Verstärker ein Token in dem Fall herstellt, in dem kein benachbarter Verstärker ein Token besitzt. Würde beispielsweise in Fig. 9A der Knoten 76 Daten an den Knoten 78 übertragen wollen, während der Verstärker 74 das Token besitzt, könnte der Verstärker 70 ein zweites Token 92 herstellen, wie in Fig. 9B gezeigt. In Fig. 9B versucht der Verstärker 74 das Token 90 weiterzugeben. Der Verstärker 72 kann jedoch das Token 90 nicht akzeptieren, da nicht zwei Verstärker ein Token besitzen können, von denen jeder mit einem gemeinsam Knoten kommunizieren kann. In diesem Fall kann jeder der beiden Verstärker 70 und 72 mit dem Knoten 80 kommunizieren. Der Verstärker 74 versucht über einen bestimmten Zeitraum, das Token 90 abzugeben. Akzeptiert kein Verstärker des Token 90, so wird es vom Verstärker 74 zerstört. Es kann passieren, daß alle Token zerstört werden. Dies stellt kein Problem dar, da jeder Verstärker aufgrund eines entsprechenden C-RTS-Pakets von einem Knoten, mit dem das Senden von Informationen angefordert wird, ein Token erzeugen kann.

Claims

1. Verfahren für die diffuse Infrarotkommunikation in einem Raum unbestimmter Größe, in dem sich kein Verstärker (120), ein Verstärker (120) oder eine Vielzahl von Verstärkern (120) und eine Vielzahl von Knoten (100) befinden, wobei das Verfahren durch folgende Schritte gekennzeichnet ist:

a. Jeder Knoten bestimmt, ob in dem Raum mindestens ein Verstärker (120) vorhanden ist, indem er ein Identifikationspaket überträgt und eine Anwort von einem in dem Raum befindlichen Verstärker (120) erkennt;

b. falls in dem Raum nicht mindestens ein Verstärker (120) vorhanden ist, so konfiguriert sich jeder Knoten (100) selbst, um an andere im Raum befindliche Knoten (100) direkt Informationen zu senden und von diesen zu empfangen; und

c. falls in dem Raum mindestens ein Verstärker (120) vorhanden ist( so konfiguriert sich jeder Knoten (100) selbst, um an andere im Raum befindliche Knoten (100) nur über den einen oder mehrere Verstärker (120) Informationen zu senden und von diesen zu empfangen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem jeder Verstärker (120) nur dann mit anderen Verstärkern (120) oder Knoten (100) kommunizieren kann, wenn er im Besitz eines Token ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem jeder Verstärker (120) ein Token herstellen kann, das ihm gestattet, mit anderen Verstärkern (120) oder Knoten (100) zu kommunizieren, vorausgesetzt, der Verstärker (120), von dem das Token herzustellen ist, kann nicht mit einem Knoten kommunizieren, den er mit einem zweiten Verstärker (120), der ein Token besitzt, gemeinsam nutzt.

4. Kommunikationssystem für diffuses Infrarot in einem Raum unbestimmter Größe, mit keinem Verstärker (120), einem Verstärker (120) oder einer Vielzahl von Verstärkern (120) und einer Vielzahl von Knoten (100), wobei das System dadurch gekennzeichnet ist, daß:

jeder Knoten eine Einrichtung zum Bestimmen, ob in dem Raum mindestens ein Verstärker (120) vorhanden ist und zum Erkennen einer Anwort von einem in dem Raum befindlichen Verstärker (120) umfaßt;

wobei in dem Fall, in dem in dem Raum nicht mindestens ein Verstärker (120) vorhanden ist, jeder Knoten (100) zur Selbstkonfigurierung ausgeführt ist, um an andere im Raum befindliche Knoten (100) direkt Informationen zu senden und von diesen zu empfangen; und

wobei in dem Fall, in dem in dem Raum mindestens ein Verstärker (120) vorhanden ist, jeder Knoten (100) zur Selbstkonfigurierung ausgeführt ist, um an andere im Raum befindliche Knoten (100) nur über den einen oder mehrere Verstärker (120) Informationen zu senden und von diesen zu empfangen; und

wobei jeder vorhandene Verstärker so ausgeführt ist, daß er sowohl mit Knoten als auch mit Verstärkern kommunizieren kann.

5. Kommunikationssystem für diffuses Infrarot nach Anspruch 4, bei dem jeder Verstärker (70, 72, 74) nur dann mit anderen Verstärkern (70, 72, 74) oder Knoten (76 ... 88) kommunizieren kann, wenn er im Besitz eines Token ist, und bei dem jeder Verstärker (70, 72, 74) die Fähigkeit hat, ein Token für die Kommunikation mit einem Knoten (76 ... 88) herzustellen, vorausgesetzt, der Verstärker (120), von dem das Token herzustellen ist, kann nicht mit einem Knoten kommunizieren, den er mit einem zweiten Verstärker (120), der ein Token besitzt, gemeinsam nutzt.

6. Kommunikationssystem für diffuses Infrarot nach Anspruch 4, das eine Strecke zwischen mindestens zwei Knoten (100), einschl. eines automatisch neu konfigurierbaren Knotens (100) in einem Raum unbestimmter Größe bereitstellt, mit:

a. einem mit jedem Knoten (100) gekoppelten Sender/Empfänger für diffuses Infrarot (102) zum Übertragen und Empfangen codierter Infrarotsignale;

b. Einrichtungen für die direkte Kommunikation zwischen Knoten (100), wenn kein Verstärker (120) vorhanden ist;

c. Einrichtungen zum Verhindern einer direkten Kommunikation zwischen Knoten (100), wenn mindestens ein Verstärker (120) vorhanden ist, so daß das System bei vorhandenem Verstärker (120) für die Kommunikation zwischen Knoten (100) enthält:

1. einen Sendeknoten (100) zum Übertragen eines codierten Infrarotsignais an den Verstärker (120); und

2. Einrichtungen in dem Verstärker (120) zum Rückübertragen des codierten Infrarotsignals an einen Empfängerknoten (100), wobei der Verstärker (120) ein Token besitzen muß, um mit dem Empfängerknoten (100) zu kommunizieren, und wobei der Verstärker (120) so ausgeführt ist, daß er automatisch ein Token herstellt, vorausgesetzt, der Verstärker (120), von dem das Token herzustellen ist, kann nicht mit einem Knoten kommunizieren, den er mit einem zweiten Verstärker (120), der ein Token besitzt, gemeinsam nutzt.

7. Kommunikationssystem für diffuses Infrarot nach Anspruch 4, das eine Strecke zwischen mindestens zwei Knoten (76 ... 88), einschl. eines automatisch neu konfigurierbaren Knotens, in einem Raum unbestimmter Größe bereitstellt, mit:

a. einem mit jedem Knoten (100) gekoppelten Sender/Empfänger für diffuses Infrarot (102 zum Übertragen und Empfangen codierter Infrarotsignale;

b. Einrichtungen für die direkte Kommunikation zwischen Knoten (76 ... 88), wenn kein Verstärker (120) vorhanden ist;

c. einer Logikeinrichtung (116) zum Bestimmen, ob ein mit dem Sender/Empfänger (102) gekoppelter Verstärker (70, 72, 74) vorhanden ist;

d. Einrichtungen zum Übergehen der Signale von anderen Knoten (76 ... 88) und zum Erkennen des Verstärkers (120) nur dann, wenn der Verstärker (70, 72, 74) vorhanden und zum Übernahme der Steuerung von der Logikeinrichtung (116) gekoppelt ist; und

e. einer Vielzahl von Verstärkern (70, 72, 74) , wobei jeder Verstärker (70, 72, 74) nur mit einem anderen Verstärker (70, 72, 74) zu kommunizieren braucht.

8. System nach Anspruch 7, bei dem der Verstärker (70, 72, 74) zum Kommunizieren nur mit einem Knoten (76 ... 88) ein Token besitzen muß, und bei dem ein erster Verstärker (70, 72, 74) automatisch ein Token herstellt, vorausgesetzt, der Verstärker (120), von dem das Token herzustellen ist, kann nicht mit einem Knoten kommunizieren, den er mit einem zweiten Verstärker (120), der ein Token besitzt, gemeinsam nutzt.