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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein verteiltes Netzwerk-Reparaturverfahren
für Verbindungs- oder
Knoten-Fehler in einem Kommunikationsnetzwerk, wie in der Präambel von
Anspruch 1 beschrieben, und ein zugehöriges System, wie in der Präambel von
Anspruch 3 beschrieben.
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Ein
solches verteiltes Netzwerk-Reparaturverfahren und ein zugehöriges System
sind bereits in der Technik bekannt, z.B. aus dem Artikel "Double Search Self-Healing
Algorithm and its Characteristics" von den Autoren H. Fujii und N. Yoshikai
von den NTT Telecommunications Network Laboratories. Dieser Artikel
wurde in "Electronics
and Communications in Japan",
Teil 1, Band 77, Nr. 3, 1994, Seite 75–86 veröffentlicht. Der Artikel wurde
von Denahi Joho Taushin Gakkai Ronbunschi übersetzt, Band 76-B-I, Nr. 7, Juli 1993,
Seite 485–495.
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Darin
wird ein Kommunikationsnetzwerk beschrieben, das aus einer Vielzahl
von Netzwerkelementen besteht, Knoten genannt, die durch Netzwerkverbindungen
miteinander verbunden sind, Verbindungen genannt. Entlang dieser
Netzwerkverbindungen wird ein Kommunikationspfad, in dem Artikel Pfad
genannt, zwischen jedem Paar von Kommunikationsknoten aufgebaut.
Wenn auf einem solchen Kommunikationspfad ein Fehler auftritt, wird
dieser Kommunikationspfad durch ein System zur verteilten Netzwerk-Reparatur wieder
hergestellt.
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In
dem Dokument "End-to-End
Survivable Broadband Networks" von
Nederlof et al., veröffentlicht
im IEEE Communications Magazine 33(1995), September (Seiten 63–70) wird
ein verteiltes Mehrebenen-Netzwerk-Reparaturverfahren offen gelegt. Auf
verschiedenen Netzwerk-Ebenen werden Netzwerk-Reparaturverfahren
implementiert, die parallel oder sequentiell zusammenarbeiten. Ein
Diagnoseverfahren kann erkennen, wenn ein Mechanismus ausgefallen
ist oder den Schluss ziehen, dass ein Mechanismus nicht erfolgreich
sein wird und die Steuerung der Reparatur an den nächsten Mechanismus
(die nächste
Ebene) übergeben.
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Bei
der Einführung
eines verteilten Netzwerk-Reparaturverfahrens
in einem gesamten Kommunikationsnetzwerk, das aus einer Anzahl von Netzwerkelementen
besteht, kann keine verteilte Netzwerk-Reparatur für das komplette
Kommunikationsnetzwerk bereitgestellt werden, weil die Einführung eines
solchen verteilten Netzwerk-Reparatur-Systems im Allgemeinen nicht
sofort stattfindet, sondern nur allmählich, Netzwerkelement für Netzwerkelement.
Darüber
hinaus kann in Kommunikationsnetzwerken, die aus verschiedenen Arten
von Netzwerkelementen aufgebaut sind, z.B. in Systemen mehrerer
Hersteller oder mehrerer Betreiber, das verteilte Netzwerk-Reparaturverfahren
nicht im gesamten Netzwerk unterstützt werden, da es sein kann,
dass die verschiedenen Elemente nicht kompatibel sind.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein
System für
die Netzwerk-Reparatur des oben erwähnten bekannten Typs bereitzustellen,
in dem aber Funktionen im gesamten Netzwerk zur Verfügung stehen,
eine Netzwerk-Reparatur
jederzeit durchzuführen,
d.h. auch während der
Einführungsphase
des verteilten Netzwerk-Reparatur-Systems, sogar wenn dieses Netzwerk
aus verschiedenen Arten von Elementen besteht (Netzwerk mehrerer
Hersteller).
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Gemäß der Erfindung
wird dieses Ziel durch das in Anspruch 1 beschriebene Verfahren
und das in Anspruch 3 definierte System erreicht.
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Durch
Bestimmung des Grades der Verfügbarkeit
der verteilten Verbindungs- oder Knoten-Reparatur-Einrichtungen
im Netzwerk, zum Beispiel einer Booleschen Variable: d.h. ein Netzwerkelement besitzt
die verteilten Reparatur-Einrichtungen oder besitzt die verteilten
Reparatur-Einrichtungen nicht, wie in Anspruch 2 spezifiziert, werden
für eine
Entscheidung geeignete Daten abgeleitet. Unter Berücksichtigung
dieser Daten kann eine Entscheidung getroffen werden, ob die Reparatur
in Kooperation mit dem Reparatur-Modul RM' im Netzwerk-Management-Modul NM angewendet
werden soll, statt die Reparatur durch die beteiligten Netzwerkelemente anzuwenden.
In dieser Kooperation können
die auftretenden Verbindungs-Netzwerk-Fehler repariert werden, auch
wenn mangelhafte Netzwerkelemente verteilte Netzwerk-Reparatur-Einrichtungen
besitzen, weil dieses Reparatur-Modul RM' im Netzwerk-Management darauf nicht
reagiert. Dies gilt zum Beispiel während der Einführung von
verteilten Netzwerk-Reparatur-Einrichtungen in einem Telekommunikationsnetzwerk
oder in einem Netzwerk mehrerer Hersteller.
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Wie
bereits oben erwähnt,
wird eine weitere Eigenschaft des vorliegenden Verfahrens in Anspruch
2 definiert.
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In
der Tat kann der erwähnte
Grad der Verfügbarkeit
auf eine Anzahl unterschiedlicher Weisen bestimmt werden: Zum Beispiel
durch Feststellung, ob ein Netzwerkelement die verteilten Netzwerk-Reparatur-Einrichtungen
besitzt oder die verteilten Netzwerk-Reparatur-Einrichtungen nicht
besitzt, wie in Anspruch 2 erwähnt,
oder zum Beispiel durch Berechnung des Prozentsatzes benachbarter
Netzwerkelemente, die verteilte Netzwerk-Reparatur-Einrichtungen besitzen.
Dies sind wegen ihrer Einfachheit vorzuziehende Verfügbarkeitsgrade.
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Eine
zusätzliche
Eigenschaft des vorliegenden Systems wird in Anspruch 4 definiert.
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Das
Netzwerk-Reparatur-Modul im Netzwerk-Management NM besitzt dieselben
verteilten Einrichtungen, wie die Netzwerk-Reparatur-Module in den Netzwerkelementen.
Für jedes
Netzwerkelement, das kein Netzwerk-Reparatur-Modul besitzt, ist im
Netzwerk-Management eine Instanz des verteilten Netzwerk-Reparatur-Moduls
vorgesehen. Diese Instanz des Netzwerk-Reparatur-Moduls bearbeitet den Fehler
anstelle des Netzwerk-Reparatur-Moduls im
Netzwerkelement. Auf diese Weise ist es möglich, im gesamten Netzwerk
die verteilte Netzwerk-Reparatur zu unterstützen, sogar wenn eine Anzahl
von Netzwerkelementen keine verteilten Netzwerk-Reparatur-Einrichtungen
besitzt.
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Eine
andere Eigenschaft der vorliegenden Erfindung ist, wie in Anspruch
5 erwähnt,
der Fall, wenn das Netzwerk-Reparatur-Modul im Netzwerk-Management zentrale
Netzwerk-Reparatur-Einrichtungen
besitzt. In diesem Fall wird dieser zentrale Netzwerk-Reparatur-Mechanismus
aktiviert, wenn eine Reparatur erforderlich ist und nicht alle Netzwerkelemente
verteilte Netzwerk-Reparatur-Einrichtungen besitzen. Der Vorteil
des zentralen Netzwerk-Reparatur-Verfahrens gegenüber dem
verteilten Netzwerk-Reparatur-Verfahren ist die Verwendung zentral
verfügbarer
Netzwerk-Information, die es erleichtert, eine optimale Lösung zu
finden, statt eine geeignete Lösung
bezüglich
der Reparatur eines Kommunikationspfades zu finden.
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Eine
weitere charakteristische Eigenschaft des vorliegenden Systems wird
durch Anspruch 6 beschrieben.
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Die
q3-Schnittstelle, wie in der ITU-T-Empfehlung
M3010 "Principles
for a Telecommunications Management Network", 05/96 Abschnitt 2.3 beschrieben, wird
zusammen mit einem vorhandenen koordinierenden Telekommunikations-Management-Netzwerk
TMN benutzt, die Kooperation der verteilten Netzwerk-Reparatur mit
dem Netzwerk-Reparatur-Modul im Netzwerk-Management-Modul NM zu
unterstützen.
Ein Vorteil der Benutzung der q3-Schnittstelle
zusammen mit dem Telekommunikations-Management-Netzwerk ist die
Verringerung der Komplexität,
weil bereits vorhandene Elemente benutzt werden. Auf diese Weise
werden keine zusätzlichen
neuen Elemente benötigt,
um die Kooperation zwischen dem Netzwerk-Reparatur-Modul im Netzwerk-Management-Modul
NM und dem verteilten Netzwerk-Reparatur-Modul zu unterstützen.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch ein Netzwerkelement und ein
Netzwerk-Management-Modul, welches das oben angegebene Verfahren
realisiert und im oben angegebenen System enthalten ist, wie in
Anspruch 7, bzw. 8 spezifiziert.
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Die
oben angegebenen und weitere Ziele und Eigenschaften der Erfindung
werden deutlicher, und die Erfindung selbst wird am besten verstanden, wenn
man auf die folgende Beschreibung einer Ausführung in Verbindung mit der
begleitenden Zeichnung Bezug nimmt, die ein Telekommunikations-Netzwerk
darstellt, in dem ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
angewendet wird.
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Das
in der Figur gezeigte Netzwerk enthält eine Vielzahl von Netzwerkelementen
NE1, NE2, NE3 und NE4, die durch eine Vielzahl von Netzwerkverbindungen
miteinander verbunden sind. Entlang dieser Netzwerkverbindungen
und der Netzwerkelemente NE1, NE2, NE3 und NE4 wird ein Kommunikationspfad
aufgebaut.
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In
den folgenden Abschnitten wird mit Bezug auf die Zeichnung ein Netzwerk
beschrieben, in dem eine Implementation des Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgeführt
wird. Im ersten Abschnitt werden die Elemente des Netzwerks in der
Figur beschrieben, im zweiten Abschnitt werden die Verbindungen
zwischen allen vorher beschriebenen Netzwerkelementen definiert,
und in einem späteren Abschnitt
wird die tatsächliche
Ausführung
einer Reparatur eines Knoten- oder Verbindungs-Fehlers beschrieben.
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Die
wichtigen Elemente des vorliegenden Kommunikationsnetzwerks sind
die Netzwerkelemente NE1, NE2, NE3 und NE4, deren Hauptaufgabe die
Bereitstellung der Vermittlungsfunktion im Netzwerk ist. Im Netzwerk
stehen zwei verschiedene Arten von Netzwerkelementen NE1, NE2, NE3
und NE4 zur Verfügung,
wobei die erste Art von Netzwerkelement, die Knoten NE1, NE2 und
NE3 die verteilte Netzwerk-Reparatur eines Knoten- oder Verbindungs-Fehlers
unterstützt,
und die zweite Art von Knoten, der Knoten NE4, diese verteilten
Netzwerk-Reparatur-Einrichtungen
nicht besitzt. Die letztgenannte Art von Netzwerkknoten NE4 kann
von einem anderen Hersteller sein oder ein Netzwerkknoten sein,
der bezüglich
der verteilten Netzwerk-Reparatur-Einrichtungen
noch nicht aktualisiert ist. Nehmen wir an, einer der beiden Gründe oder
sogar ein anderer ist die Ursache für das Nicht-Vorhandensein von
verteilten Netzwerk-Reparatur-Einrichtungen. Die
Netzwerkknoten der ersten Art, die Knoten NE1, NE2 und NE3 haben
Netzwerk-Reparatur-Einrichtungen durch die entsprechenden verteilten
Netzwerk-Reparatur-Module RM1, RM2 und RM3, die darin enthalten
sind, die andere Art von Knoten hat kein Netzwerk-Reparatur-Modul.
Ein Netzwerk-Management-Modul
NM, das zum Netzwerk gehört,
behält den Überblick über das
Netzwerk und sorgt für
die zentrale Steuerung. Eine modulare Komponente dieses Netzwerk-Management-Moduls NM ist ein
Netzwerk-Reparatur-Modul RM',
das darin enthalten ist und verteilte Netzwerk-Reparatur-Einrichtungen
besitzt. Alle Netzwerkelement NE1, NE2, NE3 und NE4 sind mit den
entsprechenden Netzwerk-Management-Schnittstellen NMI1, NMI2, NMI3
und NMI4 zum Netzwerk-Management-Modul NM ausgestattet. In diesem
Netzwerk werden diese Netzwerk-Management-Schnittstellen entsprechend
der standardisierten q3-Schnittstelle implementiert.
So arbeitet diese q3-Schnittstelle als Schnittstelle
zwischen dem Netzwerk-Management-Modul NM und jedem der Netzwerkelemente
NE1, NE2, NE3 und NE4.
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Neben
dieser Schnittstelle sind alle Netzwerkelemente NE1, NE2, NE3 und
NE4 mit einer der entsprechenden Netzwerk-Reparatur-Modul-Schnittstellen RMI1,
RMI2, RMI3 und RMI4 ausgestattet, die für die Schnittstelle zwischen
dem entsprechenden Netzwerk-Reparatur-Modul RM1, RM2 und RM3 und einem
Nachrichtenübermittlungs-Kanal
MC sorgen. Der Nachrichtenübermittlungs-Kanal
wird durch die Verbindungen zwischen allen Netzwerkelementen gebildet,
welche alle Nachrichten verarbeiten, die von einem Netzwerkelement
zu einem anderen Netzwerkelement gesendet werden.
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Ein
weiteres wichtiges Element jedes Netzwerkelementes ist das entsprechende
Bestimmungs- und Entscheidungs-Modul DDM1, DDM2, DDM3 oder DDM4,
das bestimmt, ob das entsprechende Netzwerk-Reparatur-Modul in jedem
der Netzwerkelemente vorhanden ist, und abhängig von dem vorherigen Ergebnis
entscheidet, ob das entsprechende Netzwerkelement NE1, NE2, NE3,
NE4 die Reparatur durchführt,
oder ob das verteilte Netzwerk-Reparatur- Modul RM' im Netzwerk-Management NM die Netzwerk-Reparatur
durchführt.
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Jedes
der Netzwerkelemente ist mit den anderen benachbarten Netzwerkelementen
durch das Netzwerk verbunden. Neben diesen Verbindungen ist jedes
der folgenden Netzwerkelemente NE1, NE2, NE3 und NE4 mit dem Netzwerk-Management-Modul
NM über
das Telekommunikations-Management-Netzwerk TMN verbunden. Das gesamte
Verbindungs-Schema kann aus der Figur entnommen werden.
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Jedes
Netzwerk-Reparatur-Modul in einem Netzwerkelement ist in der Lage,
mit jedem der anderen Netzwerk-Reparatur-Module in den Netzwerkelementen über einen
Nachrichtenübermittlungs-Kanal zu
kommunizieren, der angeschlossen ist, wie in der Figur gezeigt.
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Um
die Funktion der vorliegenden Erfindung zu erklären, wird angenommen, dass
ein Kommunikationspfad entlang einer Anzahl von Verbindungen aufgebaut
wird. Zum Beispiel wird der Pfad über eine eintreffende Verbindung
an Netzwerkelement NE1, eine Verbindung zwischen Element NE1 und
Element NE2 zu Element NE2 und über
eine abgehende Verbindung von Netzwerkelement NE2 aufgebaut. Dieser
Kommunikationspfad wird in der Figur durch eine gestrichelte Linie
mit doppelten Pfeilen gezeigt. Nehmen wir an, ein Verbindungs-Fehler
tritt auf der Verbindung zwischen Netzwerkelement NE1 und Netzwerkelement
NE2 auf. In diesem Fall muss eine alternative Route für den ausgefallenen
Teil des Kommunikationspfades bestimmt werden. Es muss darauf hingewiesen
werden, dass das Bearbeitungsprinzip in der Situation, wie im Folgenden
erklärt, gleich
ist wie im Fall eines Netzwerkelement-Fehlers.
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Eine
weitere Annahme betrifft den Grad der Verfügbarkeit. Der Grad der Verfügbarkeit
ist in dieser Ausführung
eine Boolesche Variable, die bedeutet, dass ein Netzwerkelement
die verteilten Netzwerk-Reparatur-Einrichtungen besitzt oder die
verteilten Netzwerk-Reparatur-Einrichtungen nicht besitzt.
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Es
muss darauf hingewiesen werden, dass auch andere Arten der Bestimmung
des Grades der Verfügbarkeit
benutzt werden können,
z.B. der Prozentsatz der benachbarten Netzwerkelemente, die verteilte
Netzwerk-Reparatur-Einrichtungen besitzen.
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Es
wird angenommen, dass ein Fachmann die Grundprinzipien der Netzwerk-Reparatur
kennt. Daher werden die Schritte der Netzwerk-Reparatur nicht im
Detail beschrieben.
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Netzwerkelement
NE1, das ein dem Verbindungs-Fehler benachbartes Element ist, löst die Reparatur
aus, indem es über
den Nachrichtenübermittlungs-Kanal
MC eine Reparatur-Nachricht an alle benachbarten Elemente sendet
(aus Gründen
der Deutlichkeit des Bildes sind in diesem Bild nicht alle benachbarten
Knoten enthalten). Diese Nachricht wird auch an Netzwerkelement
NE3 gesendet. Das logische Bestimmungs- und Entscheidungs-Modul DDM3
von Netzwerkelement NE3 empfängt
die Nachricht, stellt fest, ob ein Netzwerk-Reparatur-Modul verfügbar ist
oder nicht und entscheidet anschließend, ob die Nachricht an das
Netzwerk-Reparatur-Modul RM3 im Netzwerkelement oder an das Netzwerk-Reparatur-Modul
RM' im Netzwerk-Management
weitergegeben wird. Weil RM3 im Netzwerkelement NE3 zur Verfügung steht,
wird die Nachricht dorthin weitergegeben. Das Netzwerk-Reparatur-Modul
RM3 wiederum löst
das Senden einer Reparatur-Nachricht zu dem Netzwerkelement NE3 benachbarten
Elementen aus. Auf diese Weise erreicht das Netzwerkelement NE4
eine Netzwerk-Reparatur-Nachricht, die vom Netzwerkelement NE3 gesendet
wurde. Das logische Bestimmungs- und Entscheidungs-Modul DDM4 von NE4
stellt dann fest, dass kein Netzwerk-Reparatur-Modul im Netzwerkelement NE4
verfügbar
ist und entscheidet anschließend,
die empfangene Netzwerk-Reparatur-Nachricht über seine q3-Netzwerk-Management-Schnittstelle
und das Telekommunikations-Management-Netzwerk TMN an das Netzwerk-Reparatur-Modul RM' im Netzwerk-Management
NM weiterzugeben.
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Die
hier empfangene Nachricht wird vom RM' entsprechend demselben Algorithmus
behandelt, wie sie in einem Reparatur-Modul, wie RM1–RM3, behandelt würde. So
sorgt RM' anstelle des Reparatur-Moduls
des Netzwerkelementes NE4 für
den Pfad-Aufbau-Teil
und sendet die Nachricht zum Netzwerkelement NE2. Dann ist ein alternativer Pfad
gefunden, und eine Bestätigungs-Nachricht wird
an das Netzwerkelement NE1 gesendet, um anzuzeigen, dass der Kommunikationspfad über die entsprechenden
Netzwerkelemente NE1, NE3, NE4 und NE2 wieder hergestellt werden
kann.
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Um
die oben beschriebene Funktionalität zu erweitern, ist es möglich, den
erwähnten
Algorithmus im Reparatur-Modul RM' im Netzwerk-Management-Modul durch
einen zentralisierten Algorithmus zu ersetzen. Das Funktionsprinzip
ist im Wesentlichen das gleiche wie die oben beschriebene Verbindungs-Reparatur. Weil ein
zentrales Netzwerk-Reparatur-Modul alle zentralen Informationen
bezüglich des
Netzwerks und dessen Zustand zur Verfügung hat, ist es jedoch möglich, die
Netzwerk-Reparatur
zu realisieren und eine bessere Lösung zu finden, als die Implementation
der Netzwerk-Reparatur mit einem verteilten Netzwerk-Reparatur-Modul.
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Das
oben beschriebene Kommunikationsnetzwerk ist mit Mitteln ausgestattet,
in denen das Netzwerk-Reparatur-System, das heißt das verteilte Netzwerk-Reparatur-System
in den Netzwerkelementen, sowie das Netzwerk-Reparatur-System im Netzwerk-Management,
auf modulare Weise bereitgestellt werden kann. Daher wird ein Rahmen
gebildet, der aus der oben erwähnten
Netzwerk-Management-Schnittstelle und der Netzwerk-Reparatur-Modul-Schnittstelle
besteht.
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Der
Vorteil der Bereitstellung des Netzwerk-Reparatur-Systems auf modulare
Weise ist, dass der Netzbetreiber wählen kann, welche Art von Algorithmus
am besten geeignet ist.
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Obwohl
die Prinzipien der Erfindung oben in Verbindung mit einer speziellen
Vorrichtung beschrieben wurden, muss deutlich verstanden werden,
dass diese Beschreibung nur als Beispiel erfolgt und nicht als Einschränkung des
Umfangs der Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen definiert.
- Communication Path
- Kommunikationspfad