WO2002067510A2 - Verfahren und vorrichtung für ein ad-hoc-netzwerk mit mobilen teilnehmern - Google Patents

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    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/18—Self-organising networks, e.g. ad-hoc networks or sensor networks

Definitions

  • the invention relates to dynamic networks that result from the fact that, for example, vehicles use radio technology to establish connections.
  • Vehicles are primarily intended for road-bound vehicles, for example PK s, but they can also be ships or even
  • Airplanes act.
  • Such so-called ad-hoc networks for mobile participants are subject to very strong changes in their networks, due to the high fluctuation of the participants due to the normally moving vehicles with different destinations and directions.
  • the object on which the invention is based is now to specify a method and a device for an ad hoc network with mobile subscribers, in which a better transmission quality or a lower transmission bandwidth is required with a fixed predetermined bandwidth or with the same transmission quality.
  • the invention essentially consists in the fact that the active inclusion of driving condition data of vehicles in the area as well as static traffic flow data, dynamic traffic flow data, topographical information and topological information builds up connection paths in such a way that the network structure is possible, despite the high fluctuation of the participants stable and, because of the lower number of connection changes, the transmission quality or the use of the specified bandwidth is improved.
  • the drawing shows an example of a section of an ad hoc network for mobile subscribers, in which a connection from a mobile node A to a further mobile node B can be connected either via a mobile neighboring node H1 or a further mobile neighboring node H2 (hop), where these nodes represent so-called switching nodes (hops) and in the switching node H2 a further switching takes place either via a switching node H21 or via a switching node H22 to the destination node B.
  • the mobile neighboring node H1 sends its driving status data, for example its position, general acceleration data, its direction, its destination, its driver profile etc. to the mobile node A.
  • this also takes place from the mobile switching node H2, which sends its driving status data D2 to the node A.
  • the data D1 or D2 can be transmitted from the neighboring node to the output node A, for example, by simply streaming this data with a certain range only on certain frequencies, which means that Information is available to all receivers in the area for evaluation.
  • the driving state data it is also conceivable for the driving state data to be forwarded simply via broadcastmg or multicastmg in the network via a certain number of switching nodes or else intelligently depending on the distance.
  • the mobile node A When setting up these ad hoc networks, it is always up to the decision with which neighbor a link is established or via which link data is forwarded / routed.
  • the mobile node A receives additional information about its surroundings and / or about the surroundings of its mobile neighboring nodes from a local memory located in the node A, or it receives current additional information, for example from one
  • Traffic control center VL which is streamed via a geographically fixed transmission station, for example, or is offered as a service on the network.
  • the additional information in node A is used to determine a likely future development of the transmission quality to the respective neighboring node, as explained in more detail below, and a connection is established for forwarding information about the neighboring node via which the likely future node Development of broadcast quality is best.
  • Static traffic flow data which were determined from statistical averages from measured traffic flows in the past. Such a flow of traffic either has only an amount or it also has a direction. For example, the fact that a continuous movement of the mobile nodes on developed roads, such as highways, is higher than on secondary roads and so that a routing structure can be kept more stable than on secondary roads. 2. Dynamic traffic flow data:
  • dynamic traffic flow data for example, which originates, for example, from a traffic control system and is streamed in a specific range, can optionally be used as current additional information.
  • topological information such as city maps or street maps can also serve as additional information.
  • This information and the driving state information D, D1 and D2 can be used, for example, to determine whether the mobile neighboring nodes or vehicles will probably move in the future on the same lane, on a cross street or on an opposite lane.
  • the routing structure is more stable than in a situation in which the neighboring node is moving in the direction of a cross street or, in an even worse case, on the opposite lane.
  • Topographical information can also optionally be used as additional information for evaluation. This includes, for example, probable terrain changes in the vicinity of the moving node or obstacles, for example in the form of buildings and tunnels. It is assumed here that the routing structure cannot be kept stable to the extent that these terrain changes or shadows through buildings or tunnel entrances are possible than when switching via switching nodes that move on open terrain.
  • a probable future development of the transmission quality to the respective neighboring node is determined from the driving state data of the mobile neighboring nodes H1 and H2 and the additional information, and a connection is established via the neighboring node via which the probable future development of the transmission quality can best take place.
  • Such selection mechanisms are conceivable not only in the output node A, but also in downstream switching nodes, for example the node H2 with its neighboring nodes H21 and H22.
  • node A is not only informed of the driving status data of the mobile neighboring nodes, but also of the driving status data of several or all switching nodes located in the respective transmission paths, for example H21 or H22, and that these are also formed from node A when the transmission paths are formed be taken into account.

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Abstract

Die Erfindung besteht im Wesentlichen darin, dass durch die aktive Einbeziehung der Fahrzustandsdaten der Umwelt sowie durch statische Verkehrsflussdaten, dynamische Verkehrsflussdaten, topographische Informationen und topologische Informationen vorausschauend Verbindungspfade derart aufgebaut werden, dass die Netzstruktur, trotz der hohen Fluktuation der Teilnehmer, möglichst stabil und damit, wegen der geringeren Anzahl von Verbindungswechseln, die Übertragungsqualität bzw. die Bandbreite verbessert wird.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung für ein Ad-Hoc-Netzwerk mit mobilen Teilnehmern
Die Erfindung betrifft dynamische Netzwerke, die dadurch entstehen, dass beispielsweise Fahrzeuge mittels Funktechnik Verbindungen aufbauen. Bei Fahrzeugen ist zwar in erster Linie an straßengebundene Fahrzeuge, zum Beispiel PK s, gedacht, es kann sich aber auch um Schiffe oder sogar
Flugzeuge handeln. Solche sogenannten Ad-Hoc- Netzwerke für mobile Teilnehmer (mobile ad hoc networks) sind in ihren Vernetzungen allerdings sehr starken Veränderungen ausgesetzt, infolge der hohen Fluktuation der Teilnehmer bedingt durch die sich normalerweise bewegenden Fahrzeugen mit unterschiedlichen Zielen und Richtungen.
Bisher wurde die Verbesserung der Ubertragungsqualitat nur hinsichtlich einer Verbesserung der Funkeigenschaften und der zu übertragenden Daten versucht.
Aus dem Buch von Perkms, Charles E.; „Mobile IPW , Design Principles and Practices; Addison-Wesley Longman, Amsterdam, 1998, sind beispielsweise Grundlagen für derartige Netze zu entnehmen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung für ein Ad Hoc Netzwerk mit mobilen Teilnehmern anzugeben, bei dem mit fest vorgegebener Bandbreite eine bessere Ubertragungsqualitat bzw. bei gleicher Ubertragungsqualitat eine geringere Übertragungsbandbreite erforderlich ist.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und hinsichtlich der Vorrichtung durch die Merkmale des Patentanspruchs 7 erfindungsgemäß gelöst. Die weiteren Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens.
Die Erfindung besteht im Wesentlichen darin, dass durch die aktive Einbeziehung von Fahrzustandsdaten von Fahrzeugen in der Umgebung sowie durch statische Verkehrsflussdaten, dynamische Verkehrsflussdaten, topographische Informationen und topologische Informationen vorausschauend Verbindungspfade derart aufgebaut werden, dass die Netzstruktur, trotz der hohen Fluktuation der Teilnehmer, möglichst stabil und damit, wegen der geringeren Anzahl von Verbindungswechseln, die Übertragungsqualität bzw. die Nutzung der vorgegebenen Bandbreite verbessert wird.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung ist beispielhaft ein Ausschnitt eines Ad Hoc Netzes für mobile Teilnehmer dargestellt, bei dem eine Verbindung von einem mobilen Knoten A zu einem weiteren mobilen Knoten B entweder über einen mobilen Nachbarknoten Hl oder einen weiteren mobilen Nachbarknoten H2 (Hop) verbindbar ist, wobei diese Knoten sogenannte Vermittlungsknoten (Hops) darstellen und in dem Vermittlungsknoten H2 eine Weitervermittlung entweder über einen Vermittlungsknoten H21 oder über einen Vermittlungsknoten H22 zum Zielknoten B erfolgt. Der mobile Nachbarknoten Hl sendet seine Fahrzustandsdaten, beispielsweise seine Position, allgemeine Beschleunigungsdaten, seine Richtung, sein Ziel, sein Fahrerprofil usw. zum mobilen Knoten A. Entsprechenderweise erfolgt dies auch vom mobilen Vermittlungsknoten H2, der seine Fahrtzustandsdaten D2 zum Knoten A sendet.
Die Übertragung der Daten Dl oder D2 von den Nachbarknoten zum Ausgangsknoten A kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass diese Daten mit einer bestimmten Reichweite einfach nur auf bestimmten Frequenzen gestreamt werden, wodurch die Information allen in der Umgebung befindlichen Empfangern zur Auswertung bereit steht. Es ist aber auch denkbar, dass die Fahrzustandsdaten über eine bestimmte Anzahl von Vermittlungsknoten oder aber intelligent abhangig von der Entfernung einfach durch Broadcastmg oder Multicastmg im Netz weitergeleitet werden.
Beim Aufbau dieser Ad-Hoc-Netzwerke steht jeweils die Entscheidung offen, mit welchem Nachbar ein Link aufgebaut wird bzw. über welchen Link Daten weitergeleitet/geroutet werden. Zusätzlich zu diesen Informationen erhalt der mobile Knoten A Zusatzinformationen über sein Umfeld und/oder über das Umfeld seiner mobilen Nachbarknoten aus einem im Knoten A befindlichen lokalen Speicher oder er empfangt aktuelle Zusatzinformationen, beispielsweise von einer
Verkehrsleitzentrale VL, die über eine geografisch feste Sendestation bspw. gestreamt oder als Dienst im Netz angeboten wird.
Aus den Fahrzustandsdaten D, Dl und D2 wird mit Hilfe der Zusatzinformation im Knoten A eine wahrscheinliche künftige Entwicklung der Ubertragungsqualitat zum jeweiligen Nachbarknoten, wie nachfolgend noch naher erläutert, bestimmt und eine Verbindung zur Weiterleitung von Informationen über den Nachbarknoten aufgebaut, über den die wahrscheinliche künftige Entwicklung der Ubertragungsqualitat am besten ist.
Als Zusatzinformationen dienen:
1. Statische Verkehrsflussdaten, die aus statistischen Mittelwerten aus gemessenen Verkehrsflüssen in der Vergangenheit ermittelt wurden. Ein solcher Verkehrsfluss hat entweder nur einen Betrag oder aber auch zusätzlich eine Richtung. So kann beispielsweise der Tatsache Rechnung getragen werden, dass eine kontinuierliche Bewegung der mobilen Knoten auf ausgebauten Straßen, wie beispielsweise Autobahnen, hoher ist als auf Nebenstraßen und damit eine Routingstruktur eher stabil gehalten werden kann als auf Nebenstraßen. 2. Dynamische Verkehrsflussdaten:
Da durch Staus oder Unfälle die normale Verkehrsflusssituation stark verändert ist, können beispielsweise optional auch dynamische Verkehrsflussdaten, die beispielsweise von einem Verkehrsleitsystem stammen und in einem bestimmten Reichweitenbereich gestreamt werden, als aktuelle Zusatzinformationen herangezogen werden.
3. Topologische Informationen:
Optional können auch topologische Informationen in der Art von Stadtplanen oder Straßenkarten als Zusatzinformationen dienen. Durch diese Information und die Fahrzustandsinformationen D, Dl und D2 kann beispielsweise festgestellt werden, ob sich die mobilen Nachbarknoten bzw. Fahrzeuge künftig wahrscheinlich auf derselben Fahrbahn, auf einer Querstraße oder einer Gegenfahrbahn bewegen werden. Bei einer selben Fahrbahn ist dabei von einer höheren Stabilität der Routingstruktur auszugehen, als in einer Situation, bei der sich der Nachbarknoten in Richtung einer Querstraße entfernt oder aber in einem noch schlechteren Fall auf der Gegenfahrbahn befindet.
4. Topografische Information:
Als Zusatzinformation kann ebenfalls optional eine topografische Information zur Auswertung herangezogen werden. Hierunter sind beispielsweise für den bewegten Knoten wahrscheinliche Gelandeveranderungen in seinem Umfeld oder Hindernisse beispielsweise in Form von Gebäuden und Tunnels zu berücksichtigen. Hierbei wird davon ausgegangen, dass die Routingstruktur durch diese Gelandeveranderungen bzw. Abschattungen durch Gebäude oder Tunneleinfahrten nicht m dem Maße stabil gehalten werden können als bei einer Vermittlung über Vermittlungsknoten, die sich auf freiem Gelände bewegen. Im mobilen Knoten A wird aus den Fahrzustandsdaten der mobilen Nachbarknoten Hl und H2 und den Zusatzinformationen eine wahrscheinliche künftige Entwicklung der Ubertragungsqualitat zum jeweiligen Nachbarknoten bestimmt und eine Verbindung über den Nachbarknoten hergestellt, über den die wahrscheinliche künftige Entwicklung der Ubertragungsqualitat am besten erfolgen kann.
Derartige Auswahlmechanismen sind nicht nur im Ausgangsknoten A, sondern auch in nachgelagerten Vermittlungsknoten, beispielsweise dem Knoten H2 mit seinen Nachbarknoten H21 und H22 denkbar.
Ferner ist auch denkbar, dass dem Knoten A nicht nur die Fahrzustandsdaten der mobilen Nachbarknoten, sondern auch die Fahrzustandsdaten mehrerer oder aller in den jeweiligen Ubertragungspfaden befindlichen Vermittlungsknoten, beispielsweise H21 oder H22, mitgeteilt werden und diese bei der Bildung der Ubertragungspfade ausgehend von Knoten A auch berücksichtigt werden.
Es sei hierbei angemerkt, dass die zur Bildung einer entsprechenden Vorrichtung erforderlichen Mittel in Form von Hardware und/oder Software realisiert sein können.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren für ein Ad-Hoc-Netzwerk mit mobilen Teilnehmern, bei dem mindestens ein mobiler Knoten (A) des Netzwerks von mindestens einem mobilen Nachbarknoten (Hl, H2) dessen jeweilige Fahrzustandsdaten (Dl, D2) erhalt, bei dem der mindestens eine mobile Knoten Zusatzinformation über sein Umfeld und/oder das Umfeld des mindestens einen mobilen Nachbarknotens aus seinem lokalen Speicher abruft oder empfangt, bei dem aus den Fahrzustandsdaten (D, Dl, D2) des eigenen Knotens und der Nachbarknoten mit Hilfe der Zusatzinformation eine wahrscheinliche künftige Entwicklung der Ubertragungsqualitat zum jeweiligen Nachbarknoten bestimmt wird und bei dem eine Verbindung zur Weiterleitung von Informationen über denjenigen Nachbarknoten aufgebaut wird, über den die wahrscheinliche künftige Entwicklung der Ubertragungsqualitat am besten ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die jeweilige Zusatzinformation als von der Position des jeweiligen mobilen Knotens abhangiger wahrscheinlicher Verkehrsfluss ermittelt wird und die jeweilige wahrscheinliche Entwicklung der Ubertragungsqualitat derart bestimmt wird, dass Verbindungen zu Nachbarknoten mit hohen Werten des wahrscheinlichen Verkehrsflusses bevorzugt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Verkehrsfluss statisch in Form eines jeweiligen wahrscheinlichen Verkehrsflusses aus einem im mobilen Knoten vorhandenen lokalen Speicher abgerufen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der wahrscheinliche Verkehrsfluss in Abhängigkeit von Informationen eines Verkehrsleitsystems (VL) ermittelt werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Zusatzinformationen als topologische Information in der Art einer Straßenkarte vorliegen und die jeweilige wahrscheinliche künftige Entwicklung der Ubertragungsqualitat derart bestimmt wird, dass Verbindungen zu mobilen Nachbarknoten auf derselben Fahrbahn eine höhere Wahrscheinlichkeit einer guten Ubertragungsqualitat erhalten als zu mobilen Knoten, die in eine Querstraße abbiegen und diese wiederum eine höhere Wahrscheinlichkeit einer guten
Ubertragungsqualitat erhalten, als zu mobilen Knoten auf der Gegenfahrbahn .
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Zusatzinformationen als topografische Informationen vorliegen und die jeweilige wahrscheinliche künftige Entwicklung der Ubertragungsqualitat derart bestimmt wird, dass Verbindungen zu mobilen Nachbarknoten, die eine hohe Wahrscheinlichkeit der Gelandeveranderung und/oder die Verbindung beeinträchtigende Hindernisse in ihrem Umfeld haben, eine niedrigere Wahrscheinlichkeit einer guten Ubertragungsqualitat erhalten als bei geringer Wahrscheinlichkeit der Gelandeveranderung und/oder keinen oder wenigen Hindernissen.
7. Vorrichtung für ein Ad Hoc Netzwerk mit mobilen Teilnehmern, bei der mindestens ein mobiler Knoten (A) vorhanden ist und folgende Mittel enthalt: a) Mittel zum Empfang von Fahrzustandsdaten von mindestens einem Nachbarknoten, b) Mittel zum Speichern und/oder Empfangen von Zusatzinformationen über sein Umfeld und/oder das Umfeld des mindestens einen Nachbarknotens, c) Mittel zur Bestimmung einer jeweiligen wahrscheinlichen künftigen Entwicklung der Ubertragungsqualitat zum jeweiligen Nachbarknoten und d) Mittel zum Aufbau einer Verbindung zwischen dem mobilen Knoten und dem Nachbarknoten, zu dem die wahrscheinliche künftige Entwicklung der Übertragung am besten ist.
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