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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Computer-Endgeräte und Peripheriegeräte werden
heute in praktisch jedem Aspekt des Lebens verwendet. Computer-Endgeräte liegen
in sämtlichen
Formen und Größen vor
und unterscheiden sich sehr hinsichtlich Funktion, Leistung und
Geschwindigkeit. Außerdem
wächst
die Zahl der Peripheriegeräte,
die mit den Computer-Endgeräten
verbunden werden können.
Es gibt viele Peripheriegeräte,
wie beispielsweise Drucker, Modems, Graphikscanner, Textscanner,
Codeleser, Magnetkartenleser, externe Monitore, Sprachbefehls-Schnittstellen,
externe Speichervorrichtungen, usw.
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Computer-Endgeräte und Peripheriegeräte sind
in drastischem Maße
kleiner und tragbarer geworden. Personalcomputer und Peripheriegeräte sind
so klein, dass sie auf dem Schreibtisch Platz finden. Noch kleiner
sind Laptops und Notebooks. Es gibt Computer-Endgeräte, die
so klein sind, dass sie in ein Fahrzeug, z.B. einen Lieferwagen
oder einen Gabelstapler, eingebaut werden können. Noch kleiner sind die
Hand-Endgeräte,
die typischerweise wegen ihrer Tragbarkeits-Merkmale verwendet werden, wobei
der Benutzer das Computer-Endgerät in einer Hand
halten und es mit der anderen bedienen kann.
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Trotz
der Verringerung der Computergröße muss
das Computer-Endgerät
immer noch physisch mit den Peripheriegeräten koppeln. Somit muss entweder
von einem Computer-Endgerät
zu jedem Peripheriegerät
ein Kabel laufen, oder das Computer-Endgerät muss mit dem Peripheriegerät verbunden
werden, wenn eine Informationsübertragung stattfinden
soll.
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Im
Büro oder
am Arbeitsplatz wird die physische Verbindung typischerweise mit
Kabeln vorgenommen. Mit diesen Kabeln gibt es mehrere Probleme.
Wenn viele Peripheriegeräte
vorhanden sind, müssen
viele Kabel an das Computer-Endgerät angeschlossen werden. Zusätzlich zu
dem Schandfleck, der durch all diese Kabel verursacht wird, wird die
Platzierung der Pheripheriegeräte
durch die Länge
des Kabels eingeschränkt.
Es können
längere
Kabel verwendet werden, aber diese sind teuer und der Schandfleck,
der dadurch verursacht wird, dass Kabel in alle Richtungen laufen,
wird nicht behoben. Außerdem
kann es an dem Computer-Endgerät
eine begrenzte Anzahl von Ports geben, so dass die Anzahl von Peripheriegeräten, die
angeschlossen werden können,
begrenzt ist.
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Ein
weiteres Problem existiert, wenn mehrere Computer-Endgeräte vorhanden
sind, die sich dasselbe Peripheriegerät, z.B. einen Drucker, teilen müssen. Alle
Computer müssen
mit dem Drucker festverdrahtet sein. Wie oben erläutert, können lange Kabel
dieses Problem wenigstens aus der Perspektive der physischen Verbindung
lösen,
jedoch verbleibt zwischen den unterschiedlichen Computern ein Protokoll-Problem.
Dieses Problem ist besonders ernst, wenn die verschiedenen Computer
unterschiedlichen Typs sind, beispielsweise eine gemischte Umgebung von
IBM- und Macintosh-Geräten.
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Bei
kleineren Computer-Endgeräten, Hand-Engeräten und
tragbaren Geräten,
können
die Verkabelungs- und Verbindungsprobleme noch ernster und lästiger sein.
Peripheriegeräte
wie Drucker und Scanner aller Arten wurden in der Größe drastisch
verringert, damit sie sich an die geringe Größe der Computer-Engeräte anpassen.
Der Benutzer eines Notebooks kann wünschen, den Computer und ein
Mobiltelefonmodem in einer Aktentasche zu tragen. Ähnlich kann
ein Benutzer wünschen,
in einer Hand ein Hand-Computerendgerät, einen
kleinen, tragbaren Drucker an seinem Gürtel befestigt und einen Codeleser
in der anderen Hand zu haben. Die geringe Größe der Computer und der Peripheriegeräte ermöglicht dies,
aber durch die benötigte
Verkabelung wird es teuer, unbequem und sogar gefährlich.
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Das
physische Verbinden der Computer-Endgeräte und der Peripheriegeräte verringert
die Effizienz, die durch das Verkleinern der Einheiten erreicht
wird, erheblich. Ein Benutzer muss all diese Geräte irgendwie in ein System
bringen und sie alle verbunden halten. Dies kann sehr unbequem sein. Bei
dem Beispiel mit dem Notebook und dem Modem kann der Benutzer wünschen,
die Freiheit zu haben, sich mit dem Computer, jedoch ohne das Modem
zu bewegen. Er kann beispielsweise wünschen, an unterschiedlichen
Plätzen
an einer Arbeitsstelle zu arbeiten und Informationen über sein
Modem zu unterschiedlichen Zeiten zu übertragen oder zu empfangen.
Wenn das Modem und der Computer miteinander festverdrahtet sind,
muss er entweder die ganze Zeit das Modem mit sich tragen, oder
es jedes Mal, wenn er es benutzen will, verbinden und dann wieder abnehmen. Ähnlich hat
der Benutzer des Hand-Endgeräts,
des Codelesers und des Druckers das Gefühl, „gefesselt" zu sein, wenn er die drei Geräte gleichzeitig
benutzt, wenn alle drei Geräte
mit Kabeln verbunden sind.
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Die
durch die Verkabelung geschaffenen physischen Verbindungen können teuer
sein, weil sich Kabel häufig
als unzuverlässig
erweisen und oft ersetzt werden müssen. Bei tragbaren Umgebungen sind
die Kabel häufigem
Hantieren, Temperaturextremen, Hinunterfallen und sonstigen physischen
Verletzungen ausgesetzt. Es ist nicht ungewöhnlich, dass die Kabel oder
die Verbindungsstellen für
die Kabel an den Geräten
alle drei Monate oder dergleichen ersetzt werden müssen. Außerdem können alle Verkabelungen
gefährlich
sein. Ein Benutzer, der mehrere Geräte verwendet, hält oder
trägt und
sich ganz „gefesselt" vorkommt, fühlt sich
nicht nur unbequem, sondern kann in seiner Beweglichkeit und Flexibilität äußerst eingeschränkt sein,
während
er sich in seinem Arbeitsbereich bewegt. Dieser Verlust an Beweglichkeit
und Flexibilität
untergräbt
unmittelbar den eigentlichen Grund für kleine und tragbare Computer
und Peripheriegeräte
und vergrößert in
hohem Maße
die Wahrscheinlichkeit dass sich der Benutzer verletzt, während er
den Computer und die Periphergeräte
verwendet.
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Des
Weiteren bestehen, da sich die Kabel abnützen und brechen, was, wie
erwähnt,
häufig
geschieht, Gefahren, die sich durch den elektrischen Strom ergeben,
der durch die Kabel läuft.
Wenn das Kabel oder die Verbindungsstellen brechen, könnte den
Benutzer ein Stromschlag treffen, oder es könnte ein Funken entstehen,
der ein Feuer oder in einigen Arbeitsumgebungen sogar eine Explosion
auslösen könnte.
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Versuche,
diese Probleme zu mildern oder auszuschließen wurden unternommen, waren
jedoch nicht besonders erfolgreich. Eine Lösung ist, ein Computer-Endgerät und alle
Peripheriegeräte
in eine Einheit einzubauen. Diese Lösung hat sich jedoch aus mehreren
Gründen
als nicht zufrieden stellend herausgestellt. Der Einbau vieler Geräte in eine
Einheit erhöht
beispielsweise die Größe und das
Gewicht erheblich, wodurch die Tragbarkeit der Einheit gefährdet wird.
Des Weiteren verringert der Einbau aller Funktionen in eine Einheit
die Flexibilität
des Gesamtsystems stark und macht sie in den meisten Fällen ganz
zunichte. Ein Benutzer kann wünschen, ein
Hand-Computer-Endgerät nur manchmal
zu benutzen, kann jedoch ein anderes Mal auch einen Drucker oder
gelegentlich einen Codeleser benötigen. Eine
Einheit, in die alles eingebaut ist, wird somit entweder übermäßig groß, weil
sie alles enthalten muss, oder sehr einschränkend, weil sie nicht alles
enthält.
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Eine
weitere Lösung
ist, lokale Netzwerke (Local Area Networks (LANs)) einzusetzen,
unter Verwendung verschiedener Formen von Hochfrequenz-Kommunikation (Radiofrequenz).
Die bisherigen lokalen Netzwerke wurden jedoch für drahtlose Kommunikationen
in großem
Umfang zwischen mehreren tragbaren Computer-Endgeräten und
einem Host-Computer ausgestaltet. Dabei verwaltet der Host-Computer,
der selbst im Allgemeinen eine stationäre Vorrichtung ist, eine Reihe
stationärer
Peripheriegeräte,
die nach Anfrage an den Host von den tragbaren Endgeräten verwendet
werden können. Weitere
drahtlose Kommunikationen in großem Umfang sind ebenfalls für Hochfrequenz-Kommunikation (Radiofrequenz)
zwischen mehreren Computer-Endgeräten und
Peripheriegeräten
entwickelt worden, haben sich jedoch alle als ineffektiv für eine Lösung herausgestellt.
Diese Systeme erfordern beispielsweise, dass die Peripheriegeräte jederzeit
aktiv bleiben, um auf eine gelegentliche Kommunikation zu warten.
Obwohl dieses Erfordernis für
stationäre
Peripheriegeräte,
die praktisch unbegrenzte Energie erhalten (d.h., wenn sie in eine
Steckdose eingesteckt sind), akzeptabel sein kann, erweist es sich
für tragbare
Peripheriegeräte
als nachteilig, weil unnötig Batterieleistung
verbraucht wird. Ähnlich
müssen
bei solchen Systemen die Computer-Endgeräte ebenfalls aktiv bleiben,
um eine gelegentliche Kommunikation nicht nur von den anderen Endgeräten oder dem
Host zu empfangen, sondern auch von den Peripheriegeräten. Wiederum
wird häufig
unnötig
Batterieleistung verschwendet.
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Außerdem sind
derartige Großsysteme
für weit
reichende Hochfrequenz-Kommunikation ausgelegt und benötigen häufig eine
lizenzierte Frequenz oder müssen
unter Verwendung einer Spread Spectrum (Spreizspektrum) Technik
betrieben werden. Somit sind diese Frequenzen typischerweise unerschwinglich
teuer, erweisen sich als zu groß für herkömmliche
Verwendung bei Personalcomputern und kleinen Peripheriegeräten und
verbrauchen viel Übertragungsenergie.
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Daher
besteht ein Bedarf an einem Hochfrequenz-Kommunikationsnetz, das
die Verwendung von Netz-Peripheriegeräten unterstützt, und das die vorstehenden
Probleme hinsichtlich Energieerhaltung und Tragbarkeit löst.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung löst
viele der relevanten Probleme. Das mobile Netzgerät bzw. Mobilfunknetzgerät partizipiert
als „Slave" des ersten Netzes
nach dem ersten Protokoll und als „Master" des zweiten Netzes nach dem zweiten
Protokoll und löst Konflikte
zwischen dem ersten und dem zweiten Protokoll in Kommunikationssystemen
mit Geräten,
die Batterieleistung verwenden. Die vorliegende Erfindung bezieht
sich im Allgemeinen auf lokale Netze und im Besonderen auf ein Kommunikationssystem zum
Aufrechterhalten der Verbindungsfähigkeit zwischen Geräten in Netzen
mit unterschiedlichen Betriebsparametern, während die Leistungsabgabe von batteriebetriebenen
Geräten
eingeschränkt
wird.
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Bei
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung weist ein mobiles Netzgerät bzw. Mobilfunknetzgerät einen
ersten Funktransceiver zur Kommunikation mit einem Hauptfunknetz
und einen zweiten Funktransceiver zur Kommunikation mit einem Funkunternetz
auf. Das mobile Netzgerät
bzw. Mobilfunknetzgerät
partizipiert als „Slave" für das Hauptfunknetz
und als „Master" für das Funkunternetz.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1a zeigt
eine Warenlager-Umgebung mit einem Kommunikationsnetz, das eine
Kommunikations-Verbindungsfähigkeit
zwischen den verschiedenen Netzgeräten aufrechterhält, gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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1b zeigt
weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung bei der Verwendung eines
mobilen Fahrzeugs und eines assoziierten microLAN-Netzes, das von dem
Hauptkommunikationsnetz abgenommen werden kann, wenn es sich aus
dem Bereich des Hauptnetzes heraus bewegt, um einen Dienst auszuführen, und
das wieder an das Hauptnetz angeschlossen werden kann, wenn es sich
innerhalb des Bereichs bewegt, um automatisch über die erbrachten Dienste
zu berichten.
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2 ist
eine schematische Darstellung der Verwendung einer microLAN-unterstützenden
Erreichbarkeits-Datenerfassung von einem Benutzer gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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3 ist
ein Blockdiagramm, das die Funktionsweise von Hochfrequenz-(RF)-Transceivern,
die gemäß der vorliegenden
Erfindung gebaut sind, zeigt.
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4 ist
eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform des in 2 gezeigten
persönlichen
microLAN.
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5 ist
ein Blockdiagramm, das einen Kanalzugriffsalgorithmus, der von microLAN „Slave" Geräten verwendet
wird, zeigt.
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6a ist
ein Zeitdiagramm des Protokolls, das einen typischen Kommunikationsaustausch
zwischen einem microLAN „Master" Gerät mit praktisch unbegrenzten
Energieressourcen und einem microLAN „Slave" Gerät
zeigt.
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6b ist
ein Zeitdiagramm des Protokolls, das einen typischen Kommunikationsaustausch
zwischen einem microLAN „Master" Gerät mit begrenzten
Energieressourcen und einem microLAN „Slave" Gerät
zeigt.
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6c ist
ebenfalls ein Zeitdiagramm des verwendeten Protokolls, das ein Szenario
zeigt, bei dem das microLAN „Master" Gerät bei der
Bedienung von microLAN „Slave" Geräten versagt.
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7 ist
ein Zeitdiagramm, das das Bedienen des hochgespeisten Hauptkommunikationsnetzes
und des niedriggespeisten microLAN Unternetzes durch das microLAN „Master" Gerät mit einem einzigen
oder mehreren Funktransceivern zeigt.
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8 und 9 sind
Blockdiagramme, die zusätzliche
Energiespar-Merkmale
zeigen, wobei Bereichs- und Batterieparameter verwendet werden, um
die geeignete Datenrate und den geeigneten Energiepegel nachfolgender Übertragungen
optimal zu wählen.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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1a zeigt
eine Warenlager-Umgebung mit einem Kommunikationsnetz, das die Kommunikations-Verbindungsfähigkeit
zwischen den unterschiedlichen Netzgeräten aufrechterhält, gemäß der vorliegenden
Erfindung. Insbesondere verwendet ein Arbeiter ein Computer-Endgerät 7 und
einen Codeleser 9, um Daten, beispielsweise Kennzahlen
oder Codes auf gelagerten Waren, z.B. der Kiste 10, zu
erfassen. Während
die Zahlen und Codes erfasst werden, werden sie durch das Netz zum
Speichern und Querverweisen an einen Host-Computer 11 weitergeleitet.
Außerdem
kann der Host-Computer 11 beispielsweise querverwiesene
Informationen, die sich auf die erfassten Zahlen oder Codes beziehen,
durch das Netz zurückleiten,
damit sie auf dem Endgerät 7 angezeigt
oder auf einem Drucker 13 ausgedruckt werden. Auf ähnliche
Weise können
die erfassten Daten von dem Computer-Endgerät 7 direkt auf dem Drucker 13 ausgedruckt
werden. Andere beispielhafte Informationspfade, die von der vorliegenden
Erfindung unterstützt
werden, umfassen Nachrichten, die zwischen dem Computer-Endgerät 7 und
anderen (nicht gezeigten) Computer-Endgeräten oder dem Host-Computer 11 ausgetauscht
werden.
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Viele
der in dem dargestellten Netz gefundenen Geräte sind batteriebetrieben und
müssen
daher auf konservative Weise ihre Funktransceiver verwenden. Beispielsweise
erhält
das Hand-Computer-Endgerät 7 seine
Energie entweder von einer darin enthaltenen Batterie oder einer
(nicht gezeigten) Gabelstapler-Batterie über eine „Andock"-Station in dem Gabelstapler 14. Ähnlich arbeitet
der Codeleser 9 mit tragbarer Batterieleistung, und ebenso
der Drucker 13. Die Anordnung des Kommunikationsnetzes,
des verwendeten Kommunikationsprotokolls sowie der Datenraten- und
der Energiepegel-Einstellungen tragen dazu bei, die Batterieerhaltung
zu optimieren, ohne die Netzleistung wesentlich zu verschlechtern.
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Das
gesamte Kommunikationsnetz der vorliegenden Erfindung ist in zwei
Funktionsgruppen eingeteilt: 1) ein Hauptkommunikationsnetz und
2) ein microLAN Netz. Das Hauptkommunikationsnetz umfasst in der
gezeigten Warenlager-Ausführungsform
ein festverdrahtetes Backbone LAN 19 sowie Basisstationen 15 und 17.
Ein Host-Computer 11 und viele andere, nicht mobile Netzgeräte, die
sich in der Nähe
des Backbone LAN 19 befinden, können direkt mit dem Backbone
LAN 19 verbunden werden. Mobile Geräte und ferne Geräte müssen jedoch
die Verbindungsfähigkeit
mit dem Backbone LAN 19 entweder durch eine einzelne Basisstation,
z.B. die Basisstation 15, oder durch ein Multihop-Netz
von Basisstationen, wie es z.B. durch die Basisstationen 15 und 17 gezeigt
ist, aufrecht erhalten. Die Basisstationen 15 und 17 enthalten
einen Hochleistungssender und decken den gesamten Bereich des Warenlagers ab.
Obwohl eine einzelne Basisstation ausreichen kann, kann, wenn das
Warenlager zu groß ist
oder störende
physische Barrieren aufweist, ein Multihop-Netz mehrerer Basisstationen 17 erforderlich sein.
Ansonsten muss das Backbone LAN 19 so ausgeweitet werden,
dass es alle Basisstationen 17 direkt verbindet, um ausreichende
Funkabdeckung bereitzustellen. Durch das Hauptkommunikationsnetz wird
eine relativ stabile, weit reichende drahtlose und festverdrahtete
Kommunikation aufrechterhalten.
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Netzgeräte, die
mobil oder fern (d.h. nicht direkt an das Backbone LAN 19 anschließbar) sind, werden
mit Hochfrequenz-(RF)-Transceivern ausgestattet. Um zu garantieren,
dass ein derartiges Netzgerät
direkt mit wenigstens einer der Basisstationen 15 und 17 kommunizieren
kann, wird der angebrachte Transceiver so ausgewählt, dass er annähernd dieselbe Übertragungsleistung
liefert, wie die Basisstationen 15 und 17. Jedoch
nicht alle mobilen oder fernen Netzgeräte brauchen eine direkte Hochfrequenz-(RF)-Verbindung zu den
Basisstationen 15 und 17, und einige brauchen überhaupt
keine Verbindung. Stattdessen wird die Kommunikation im Allgemeinen
auf einen kleinen Bereich lokalisiert und benötigt als solches nur Kurzbereichs-Transceiver mit geringerer
Leistung. Die Geräte,
die bei der lokalisierten, Kurzbereichs-Kommunikation partizipieren,
bilden das, was vorliegend ein „microLAN" genannt wird. Die Wechselwirkung von
Peripheriegeräten
wie dem Drucker 13, dem Modem 23 und dem Codeleser 9 mit
dem Endgerät 7 liefert
beispielsweise eine Begründung
für eine
microLAN Konfiguration.
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Der
Drucker 13 kann sich beispielsweise an einem Dock befinden,
wobei die einzige Zuordnung des Ausdruckens von Formularen auf den
Codeinformationen basiert, die von Kisten, die an dem Dock angeliefert
werden, erfasst werden. Bei einem solchen Beispiel sollte der Drucker 13 erst
mit dem Drucken der erfassten Codeinformationen beginnen, wenn der
Gabelstapler 14 in den Dockbereich einfährt. Innerhalb des Dockbereichs
wird das Kommunizieren über
die Basisstationen 15 und 17 mit den erforderlichen
Hochleistungs-Transceivern durch Einrichten eines microLAN auf dem
Dock vermieden. Insbesondere wird der Drucker 13, anstelle
mit dem Hochleistungs-Transceiver zum Kommunizieren mit dem Kommunikationsnetz,
mit einem Niedrigleistungs-microLAN-Transceiver zur direkten Kurzbereichs-Kommunikation
mit dem Computer-Endgerät 7 in
dem Gabelstapler 14 ausgestattet. Das Computer-Endgerät 7 ist
auch mit einem Transceiver ausgestattet, der eine direkte, Niedrigleistungs-Kommunikation
mit dem Drucker 13 durchführen kann. Daher überträgt das Computer-Endgerät 7,
wenn es sich innerhalb des microLAN Funkbereichs des Druckers 13 befindet,
die Codeinformationen auf einem relativ niedrigen Energiepegel an
den Drucker 13. Während sie
sich in dem Bereich befinden (druckend oder nicht), partizipieren
das Computer-Endgerät 7 und der
Drucker 13 zusammen in einem Niedrigleistungs-microLAN-Netz.
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Bei
dem vorhergehenden Beispiel war zwischen den microLAN Geräten und
dem Hauptnetz keine Kommunikation erforderlich. Andere microLAN Konfigurationen
erfordern jedoch wenigstens einen gewissen Zugriff auf das Hauptnetz.
Aufgrund von Batterie-Einschränkungen
ist beispielsweise der Codeleser 9 ebenfalls mit einem
microLAN Transceiver ausgestattet. Wenn der Codeleser 9 verwendet
wird, werden erfasste Codesignale und entsprechende Informationen
nicht direkt mit dem Host-Computer 11 über das Hauptnetz ausgetauscht.
Stattdessen ist das Computer-Endgerät 7 in dem gezeigten
Beispiel so konfiguriert, dass es nicht nur innerhalb des microLAN,
sondern auch durch das Hauptkommunikationsnetz kommunizieren kann.
Dies wird dadurch erreicht, dass das Computer-Endgerät 7 mit
(einem) Transceiver(n) ausgestattet wird, der/die in beiden Netzen
kommunizieren kann/können (siehe
die Erläuterung
hinsichtlich 3 unten). Somit überträgt der Codeleser 9,
um den Host-Computer 11 zu erreichen, zunächst über das
microLAN, d.h. durch die microLAN Transceiver in jedem Gerät, an das
Computer-Endgerät 7.
Nach Empfang der Daten leitet das Computer-Endgerät 7 die
Informationen an eine der Basisstationen 15 und 17 zur Übertragung
an den Host 11 weiter. Die Kommunikation von dem Host 11 zu
dem Codeleser 9 wird über
denselben Pfad durchgeführt.
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Es
ist auch möglich,
dass zwei beliebige Geräte
in dem microLAN Netz miteinander kommunizieren. Das Modem 23 könnte beispielsweise
Daten empfangen und direkt an den Drucker 13 zum Drucken
weiterleiten. Ähnlich
könnte
der Codeleser 9 Codesignale direkt an andere Netzgeräte über das Modem 23 kommunizieren.
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Bei
einer anderen Konfiguration ist eine microLAN Basisstation 21 vorgesehen,
die (wie gezeigt) direkt mit dem Backbone LAN 19 oder indirekt über die
Basisstationen 15 und 17 verbunden sein kann. Die
microLAN Basisstation 21 befindet sich in der Nähe anderer
microLAN Netzgeräte
und wird sodann ein Teilnehmer. Somit vermeidet die microLAN Kommunikation,
die zu oder von dem Hauptkommunikationsnetz fließt, insgesamt Hochleistungs-Funkübertragungen.
Es ist jedoch möglich,
dass eine stationäre
microLAN Basisstation nicht immer die Wahl ist, wenn alle microLAN
Teilnehmer mobil sind. In solchen Fällen kann eine Hochleistungs-Übertragung erforderlich sein,
um das Hauptkommunikationsnetz zu erreichen.
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Wie
oben kurz beschrieben worden ist, brauchen bei einem microLAN die
partizipierenden Geräte
(„microLAN
Geräte") nicht alle die
Transceiver-Fähigkeit
zu besitzen, um das Hauptkommunikationsnetz zu erreichen. Jedoch
muss wenigstens ein microLAN Gerät
diese Fähigkeit
besitzen, um die gesamte Netzverbindungsfähigkeit aufrecht zu erhalten.
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1b zeigt
weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung bei der Verwendung eines
mobilen Fahrzeugs sowie ein assoziiertes microLAN Netz, das von
dem Hauptkommunikationsnetz abgenommen werden kann, wenn es sich
aus dem Bereich des Hauptnetzes heraus bewegt, um einen Dienst auszuführen, und
das wieder mit dem Hauptnetz verbunden werden kann, wenn es sich
innerhalb des Bereichs bewegt, um automatisch über den erbrachten Dienst zu
berichten. Insbesondere stellt, wie der Gabelstapler 14 der 1a,
ein Lieferwagen 33 einen Schwerpunkt für microLAN Zugriff bereit.
In dem Lieferwagen 33 ist ein Speicher-Endgerät 31 so
angebracht, dass es Energie aus der Batterieversorgung des Lieferwagens 33 entnimmt.
Das Speicher-Endgerät 31 ist
mit einem microLAN Transceiver ausgestattet. Ähnlich kann ein Computer-Endgerät 7,
das ebenfalls als microLAN Gerät
konfiguriert ist, entweder angedockt oder tragbar sein. Wegen des
größeren Batteriezugriffs
und wegen der Menge zu übertragender
Daten ist das Speicher-Endgerät 31 auch
so konfiguriert, dass es mit dem Hauptkommunikationsnetz kommuniziert.
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Vor
dem Zustellen einer Lieferung fährt
der Lieferwagen in einen Dockbereich zum Beladen ein. Während Waren
in den Lieferwagen geladen werden, gibt der Fahrer Informationen über jede
geladene Ware in das Speicher-Endgerät 31 entweder über das
Endgerät 7 oder
den Codeleser 9 (1a) unter Verwendung
der microLAN Netzkommunikationen ein. Dieses Beladen kann auch automatisch
erfolgen, wenn der Gabelstapler 14 in den Bereich des Lieferwagens 31 kommt,
sich an das microLAN Netz anschließt, und die vorher erfassten
Daten wie oben in Bezug auf 1a beschrieben überträgt. Außerdem könnte, wenn
Informationen hinsichtlich einer Ware empfangen und gespeichert
werden, das Speichergerät
auch weitere Informationen hinsichtlich einer oder aller Waren über die
microLAN Verbindung an den Host-Computer 11 durch das Hauptkommunikationsnetz
anfordern. Insbesondere könnte
die microLAN Basisstation 21, wenn sie sich auf dem Dock
befindet, eine direkte Niedrigleistung-microLAN-Verbindung mit dem
Backbone LAN 19 und mit dem Host-Computer 11 bereitstellen.
Ansonsten ist das Speicher-Endgerät 31, aufgrund des
normalen Datenflusspfads und aufgrund seines größten Zugriffs auf verfügbare Energie,
mit einem Transceiver ausgestattet, der über die Basisstationen 15 und 17 mit dem
Hauptkommunikationsnetz kommunizieren kann. Wenn der Lieferwagen
voll beladen ist und bevor er das Dock verlässt, kommuniziert das Speicher-Gerät 31 über das
microLAN mit dem Drucker 13, um einen Ausdruck von Informationen über die geladenen
Waren zu erzeugen. Außerdem
werden die Informationen über
das microLAN an das Modem 23 zur Weiterleitung an einen
gegebenen Zielort übertragen.
Nach Erreichen des Zielorts ermittelt das Speicher-Endgerät 31 das
microLAN des Lieferstellen-Docks und partizipiert darin. Beim Entladen
bestimmter Waren werden sie gescannt, um die Lieferung zu verifizieren,
damit eine Lieferung unerwünschter
Waren verhindert wird. Der Fahrer wird auch informiert, wenn sich
Waren, die hätten
geliefert werden sollen, noch in dem Lieferwagen befinden. Während dieser
Vorgang stattfindet, könnte
auch ein Bericht über
einen microLAN Drucker auf dem Ziel-Dock zur Unterzeichnung erzeugt
werden. Ähnlich
könnte
ein microLAN Modem auf dem Ziel-Dock die Lieferinformationen hinsichtlich
Rechnungsinformationen an den Host-Computer 11 zurücksenden.
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Ähnlich verlässt, wenn
der Lieferwagen 33 für
Zustellzwecke vorgesehen ist, der Lieferwagen 33 das Dock
am Morgen mit den Adressen und Richtungen der Zustellorte, mit technischen
Handbüchern und
Zustellanmerkungen, die selektiv von dem Host-Computer über das
Hauptnetz und das microLAN auf das Speicher-Endgerät 31 heruntergeladen worden
sind. Nach dem Verlassen des Bereichs des microLAN Netzes auf dem
Dock bilden das Speicher-Endgerät 31 und
das Computer-Endgerät 7 automatisch
ein unabhängiges,
losgelöstes
microLAN. An jeder Zustelladresse erfasst der Fahrer Informationen
unter Verwendung des Endgeräts 7 entweder, wenn
die Daten erfasst werden, wenn er sich innerhalb des microLAN Übertragungsbereichs
des Speicher-Endgeräts 31 befindet,
oder sobald das Endgerät 7 in
den Bereich kommt. Durch das losgelöste microLAN Netz sind solche
Informationen auf dem Computer-Endgerät verfügbar. Nach Rückkehr zu dem
Dock verschmilzt das losgelöste
microLAN, sobald das zwischen dem Speicher-Endgerät 31 und dem
Computer-Endgerät 7 gebildete
unabhängige microLAN
in den microLAN Bereich der microLAN Geräte auf dem Dock kommt, automatisch
mit dem microLAN des Docks (wird „angehängt"), und das Speicher-Endgerät 31 überträgt automatisch
die Service-Informationen an den Host-Computer 11, der
die Informationen zur Rechnungslegung und zum Formulieren der Zustellorte
verwendet, die automatisch am nächsten
Tag heruntergeladen werden.
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2 ist
eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform unter Verwendung
eines microLAN zur Unterstützung
der Erreichbarkeits-Datenerfassung
durch einen Benutzer gemäß der vorliegenden
Erfindung. Wenn ein Benutzer 61 durch das Warenlager geht,
trägt er
ein microLAN bei sich, das das Endgerät 7, einen Codeleser 9 und
einen tragbaren Drucker 58 umfasst. Der Benutzer erfasst
Informationen über
die Waren, beispielsweise die Kiste 10, mit dem Codeleser 9 und
dem Endgerät 7.
Wenn die Energieressourcen entsprechend sind, kann das Endgerät 7 dazu
vorgesehen sein, auch mit dem Hauptkommunikationsnetz zu kommunizieren. Insbesondere
müssen
entsprechende Informationen über
die Codedaten von dem Host-Computer 11 abgerufen werden,
erfasste Codeinformationen und abgerufene entsprechende Informationen
müssen
an dem Endgerät 7 angezeigt
werden, und nach Durchsicht zur Verifizierung müssen die Informationen auf dem
Drucker 58 ausgedruckt werden. Aufgrund dieses Datenfluss-Erfordernisses wird
das Computer-Endgerät 7 als
das microLAN Gerät
ausgewählt, das
auch die Verantwortung für
die Kommunikation mit dem Hauptkommunikationsnetz übernehmen muss.
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Wenn
während
des Erfassens der Benutzer sich entschließt, das Computer-Endgerät 7 herunterzufahren,
weil es nicht benötigt
wird, wird das microLAN Netz von dem Hauptkommunikationsnetz getrennt.
Obwohl es möglich
wäre, dass
das losgelöste microLAN
funktioniert, werden alle Kommunikationen mit dem Host-Computer 11 durch
das Hauptkommunikationsnetz in einer Schlange platziert, die auf
die Wiederverbindung wartet. Sobald das losgelöste microLAN in Reichweite
eines verbundenen microLAN Geräts
kommt, d.h. eines Geräts,
das mit dem Hauptnetz verbunden ist, werden die in der Schlange
befindlichen Kommunikationen an den Host weitergeleitet.
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Um
eine Trennung zu verhindern, wenn das Endgerät 7 heruntergefahren
wird, kann der Codeleser 9 als Backup für das Endgerät 7 zur
Durchführung
der Hochleistungs-Kommunikation mit dem Hauptkommunikationsnetz
vorgesehen sein. Wie unten unter Bezug auf 6c hinsichtlich
des Leerlauf(idle sense)-Protokolls näher beschrieben ist, übernimmt
der Codeleser 9, wenn er ermittelt, dass das Endgerät 7 keinen
Zugriff mehr auf das Hauptkommunikationsnetz bereitstellt, die Rolle,
als wäre er
als nächstes
an der Reihe, um den Backupdienst durchzuführen. Wenn das Computer-Endgerät 7 dann
hochgefahren wird, überwacht
es den microLAN Kanal, fordert von dem Codeleser 9 die
Rolle des Bereitstellens einer Schnittstelle mit dem Hauptcomputernetz
an, und erhält
sie zurück.
Dies schränkt
jedoch den Codeleser 9 nicht dahingehend ein, dass er keinen
Zugriff mehr auf das Hauptcomputernetz hat, obwohl der Leser 9 wählen kann,
das Computer-Endgerät 7 aus
Gründen
der Energieerhaltung zu verwenden.
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Außerdem versucht
das Computer-Endgerät 7,
wenn es einen vorgegebenen Schwellenwert eines niedrigen Batteriepegels
erreicht, die Last des Bereitstellens eines Hauptnetz-Zugriffs auf
andere microLAN Backup-Geräte weiterzugeben.
Wenn in dem aktuellen microLAN keine Backup-Geräte
existieren, kann das Computer-Endgerät 7 alle Hochleistungs-Übertragungen an das Hauptkommunikationsnetz
zurückweisen.
Alternativ kann das Computer-Endgerät 7 entweder vorgegebene
Auswahlarten von Anfragen zurückweisen
oder den Benutzer fragen, bevor es Übertragungen an das Hauptnetz durchführt. Das
Computer-Endgerät 7 kann
jedoch immer noch Kommunikationen von dem Hautkommunikationsnetz „hören" und microLAN Mitglieder über wartende
Nachrichten informieren.
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3 ist
ein Blockdiagramm, das die Funktionsweise von Hochfrequenz-(RF)-Transceivern zeigt,
die gemäß der vorliegenden
Erfindung gebaut sind. Obwohl er bevorzugt in PCMCIA Schlitze der Computer-Endgeräte und Peripheriegeräte gesteckt wird,
kann der Transceiver 110 auch eingebaut oder beispielsweise über verfügbare serielle,
parallele oder Ethernet-Anschlüsse extern
verbunden werden. Obwohl die von potenziellen microLAN „Master" Geräten verwendeten
Transceiver sich von denen unterscheiden können, die von microLAN „Slave" Geräten verwendet
werden (wie unten dargelegt ist), enthalten sie alle die gezeigten
Funktionsblöcke.
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Insbesondere
enthält
der Transceiver 110 ein Funkgerät 112, das mit einer
eingebauten Antenne verbunden ist. Das in microLAN „Slave" Geräten verwendete
Funkgerät 112 muss
nur verlässliche Niedrigleistungs-Übertragungen bereitstellen
und ist so aufgebaut, dass es Kosten, Gewicht und Größe spart.
Potenzielle microLAN „Master" Geräte müssen nicht
nur die Fähigkeit
haben, mit microLAN „Slave" Geräten kommunizieren
zu können,
sondern benötigen
auch Hochleistungsfunk, um auch mit dem Hauptnetz zu kommunizieren.
Somit können
potenzielle microLAN „Master" Geräte und andere
Nicht-microLAN „Slave" Geräte zwei
Funkgeräte 112 (oder zwei
Transceiver 110) aufweisen – wobei das eine das Hauptnetz
bedient und das andere das microLAN Netz –, oder können nur ein einziges Funkgerät aufweisen,
um beide Netze zu bedienen.
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Bei
Ausführungsformen,
bei denen Kosten und zusätzliches
Gewicht kein Punkt sind, hat eine Konfiguration mit zwei Funkgeräten für potenzielle microLAN „Master" Geräte mehrere
Vorteile. Gleichzeitiger Transceiver-Betrieb ist beispielsweise möglich, indem
für jeden
Funk unterschiedliche Betriebsbänder
gewählt
werden. Bei solchen Ausführungsformen
ist ein 2,4 GHz Funk für
die Hauptnetzkommunikation enthalten, während ein 27 MHz Funk das microLAN
Netz unterstützt.
MicroLAN „Slave" Geräte empfangen
nur den 27 MHz Funk, während
die nicht-potenziellen microLAN Teilnehmer des Hauptnetzes nur mit
2,4 GHz Funk ausgestattet sind. Potenzielle microLAN „Master" Geräte empfangen
beide Funkarten. Der Niedrigleistungs-27 MHz-microLAN-Funk kann
verlässlich
Informationen in einem Bereich von ca. 12,19 bis 30,48 m (40 bis
100 Fuß) asynchron
bei 19,2 Kbps übertragen.
Ein zusätzlicher
Vorteil der Verwendung der 27 MHz Frequenz ist, dass dies ein nicht-lizenziertes
Frequenzband ist. Der 2,4 GHz Funk stellt ausreichende Leistung
(bis zu 1 Watt) bereit, um mit anderen Hauptnetzgeräten zu kommunizieren.
Viele andere Frequenzen könnten
ebenso gewählt
werden, z.B. das 900 MHz Band, etc.
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Bei
Ausführungsformen,
bei denen Kosten und zusätzliches
Gewicht ein Punkt sind, wird eine Konfiguration mit einem einzigen
Funkgerät
für potenzielle
microLAN „Master" Geräte verwendet.
Insbesondere unterstützt
bei solchen Ausführungsformen
ein Doppelmodus-2,4 GHz-Funk sowohl das microLAN- als auch das Hauptnetz.
In einem microLAN Modus arbeitet der 2,4 GHz Funk auf einem Niedrigleistungs-Pegel
(unter Milliwatt), um microLAN Kommunikation bei relativ nahen Entfernungen
(6,10 bis 9,14 m (20 bis 30 Fuß))
zu unterstützen.
In einem Hochleistungs- (bis zu 1 Watt) oder Hauptmodus stellt der
2,4 GHz Funk eine Kommunikations-Verbindungsfähigkeit
mit dem Hauptnetz über
relativ lange Entfernung bereit. Obwohl alle Netzgeräte mit einem derartigen
Doppelmodus-Funk ausgestattet werden könnten, verwenden nur microLAN „Master" Geräte beide
Modi. MicroLAN „Slave" Geräte verwenden
nur den Niedrigleistungs-Modus, während alle anderen Hauptnetzgeräte nur den
Hochleistungs-Modus verwenden. Deshalb sind, um Kosten zu sparen,
microLAN „Slave" Geräte mit einem
Einzelmodus-Funkgerät
ausgestattet, das im microLAN Modus arbeitet. Nicht-microLAN-Teilnehmer
sind zur Kostenersparnis ebenfalls mit einem Einzelmodus-(Hauptmodus-) Funkgerät ausgestattet.
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Zwischen
das Funkgerät 112 und
eine Schnittstelle 115 geschaltet, steuert ein Mikroprozessor 120 den
Informationsfluss durch den Transceiver 110. Insbesondere
verbindet die Schnittstelle 115 den Transceiver 110 mit
einem ausgewählten
Computer-Endgerät,
einem Peripheriegerät
oder einem anderen Netzgerät.
Viele verschiedene Schnittstellen 115 werden verwendet,
und die Wahl hängt
von dem Verbindungsport des Geräts
ab, mit dem der Transceiver 110 verbunden wird. Praktisch
jede Art von Schnittstelle 110 könnte zur Verwendung mit dem Transceiver 110 der
vorliegenden Erfindung angepasst werden. Übliche Industrie-Schnittstellenstandards
umfassen RS-232, RS-422, RS-485, 10BASE2 Ethernet, 10BASES Ethernet,
10BASE-T Ethernet, Glasfaserkabel, IBM 4/16 Token Ring, V.11, V.24, V.35,
Apple Localtalk und Telefonschnittstellen. Außerdem hält der Mikroprozessor 120 über die
Schnittstelle 115 ein funkunabhängiges Schnittstellenprotokoll
mit dem verbundenen Netzgerät,
wodurch das verbundene Gerät
von den Variationen der verwendeten Funkgeräte isoliert wird.
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Der
Mikroprozessor 120 steuert auch das Funkgerät 112,
um Kommunikation entweder mit dem Hauptnetz (für Hauptmodus-Funkgeräte), dem microLAN
(für microLAN
Funkgeräte)
oder mit beiden (für
Doppelmodus-Funkgeräte) einzurichten.
Insbesondere verwendet in einem Hauptmodus-Transceiver der Mikroprozessor 120 ein
Hauptprotokoll, um mit dem Hauptnetz zu kommunizieren. Ähnlich arbeitet
in einem Transceiver mit microLAN Modus der Mikroprozessor 120 gemäß einem
microLAN Protokoll, um in dem microLAN Netz zu kommunizieren. In
dem Doppelmodus-Transceiver
verwaltet der Mikroprozessor 120 die Verwendung von und
potenzielle Konflikte zwischen dem Haupt- und dem microLAN-Protokoll.
Einzelheiten hinsichtlich des Haupt- und des microLAN-Protokolls
sind unten unter Bezug auf die 6 bis 9 angeführt.
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Außerdem steuert
der Mikroprozessor 120 nach Weisung durch das entsprechende
Kommunikationsprotokoll den Energieverbrauch des Funkgeräts 112,
von sich selbst und von der Schnittstelle 115 zur Energieerhaltung.
Dies wird auf zwei Arten durchgeführt. Erstens werden das microLAN-
und das Hauptprotokoll so ausgestaltet, dass sie während Perioden,
in denen keine Kommunikation erwünscht
ist, die den vorliegenden Sender einbezieht, einen Niedrigleistungs-Modus
oder einen Schlafmodus bereitstellen, wie unten unter Bezug auf
die 6 und 7 beschrieben
ist. Zweitens werden beide Protokolle so ausgestaltet, dass sie
sich sowohl hinsichtlich Datenrate als hinsichtlich auch Übertragungsleistung
auf der Basis von Energiezufuhr(d.h. Batterie)-Parametern und Bereichsinformationen,
wie unter Bezug auf die 8 und 9 beschrieben,
anpassen.
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Um
sicherzustellen, dass das richtige Gerät die übertragenen Informationen empfängt, ist
jedem Gerät
eine eindeutige Adresse zugeordnet. Insbesondere kann der Transceiver 110 entweder
eine eigene eindeutige Adresse haben oder die eindeutige Adresse
des Geräts,
mit dem er verbunden ist, verwenden. Die eindeutige Adresse des
Transceivers kann entweder eine von dem Benutzer oder Systemdesigner
ausgewählte
sein, oder eine, die in der Fabrik dauerhaft zugeordnet wird, z.B.
eine IEEE Adresse. Die Adresse 121 des bestimmten Transceivers 110 ist
in dem Mikroprozessor 120 gespeichert.
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Bei
den in 1 und 2 gezeigten
Ausführungsformen
ist das microLAN „Master" Gerät entweder
als microLAN Basisstation oder als mobiles oder tragbares Computer-Endgerät gezeigt.
Vom Gesichtspunkt des Datenflusses gesehen erscheint eine solche
Wahl für
das microLAN „Master" Gerät in Anbetracht
des schnellsten Zugriffs durch das Netz optimal. Jedem microLAN
Gerät könnte jedoch
die Rolle des „Masters" zugeordnet werden,
auch denen, die keinen optimalen Datenflusspfad bereitzustellen scheinen,
aber einen optimalen Batterieverbrauch liefern können. Bei dem persönlichen
microLAN Netz der 2 kann beispielsweise aufgrund
der Unterstützung
von dem Riemen 59 der Drucker die größte Batteriekapazität der persönlichen
microLAN Geräte aufweisen.
Als solches kann der Drucker als microLAN „Master" Gerät
vorgesehen werden und entweder mit einem Doppelmodus-Funkgerät oder zwei Funkgeräten ausgestattet
werden, wie es „Master" Geräte benötigen. Der
Drucker oder andere microLAN „Slave" Geräte können auch
mit derartigen benötigten
Funkgeräten
ausgestattet werden, um nur als microLAN „Master" Backup zu dienen. Wenn die Batterieleistung
für den tatsächlichen
microLAN „Master", d.h. das Hand-Endgerät 7 (2)
unter einen vorgegebenen Schwellenwert fällt, übernimmt der Backup „Master".
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4 ist
eine Zeichnung, die eine Ausführungsform
des in 2 gezeigten persönlichen microLAN zeigt, wobei
ein Drucker als microLAN „Master" Gerät vorgesehen
ist. Insbesondere wird in einem persönlichen microLAN Netz 165 ein
Computer-Endgerät 170 am
Unterarm des Bedieners festgebunden. Ein Codeleser 171 wird
am Handrücken
des Bedieners befestigt und durch Drücken eines Knopfs 173 mit
dem Daumen ausgelöst.
Aufgrund ihrer relativ geringen Batterieleistung sind das Computer-Endgerät 170 und
der Codeleser 171 als microLAN „Slave" Geräte
vorgesehen und weisen jeweils einen microLAN Transceiver mit einem
Rundsendungsbereich von zwei Metern oder weniger auf. Aufgrund seiner
größeren Batterieleistung
enthält
der Drucker 172 ein Doppelmodus-Funkgerät und ist als microLAN „Master" Gerät vorgesehen.
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5 ist
ein Blockdiagramm, das einen Kanalzugriffsalgorithmus zeigt, der
von microLAN „Slave" Geräten gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird. Bei Block 181 wartet ein „Slave" Gerät, wenn
es eine Nachricht zu senden hat, auf den Empfang einer Leerlauf(idle
sense)-Nachricht
von dem microLAN „Master" Gerät bei Block 183.
Wenn eine Leerlauf-Nachricht empfangen wird, führt das „Slave" Gerät
bei Block 187 ein Zurückhalte-Protokoll
aus, in dem Versuch, Kollisionen mit anderen „Slave" Geräten,
die auf Übertragung
warten, zu verhindern. Grundsätzlich
muss, anstelle es jedem „Slave" Gerät zu gestatten,
wiederholt zu übertragen,
unmittelbar nachdem eine Leerlauf-Nachricht empfangen worden ist,
jeder wartende „Slave" zunächst eine
pseudo-zufällige
Zeitspanne warten, bevor er eine Übertragung versucht. Die pseudo-zufällige Zurückhalte-Zeitspanne
wird erzeugt, und das Warten findet bei Block 187 statt.
Bei Block 189 wird der Kanal abgefühlt, um festzustellen, ob er
für die Übertragung frei
ist. Wenn nicht, wird zu Block 183 zurückgegangen, um eine Übertragung
nach Empfang der nächsten
Leerlauf-Nachricht zu versuchen. Wenn der Kanal noch frei ist, wird
bei Block 191 ein relativ kleines Paket des Typs „Anfrage
zum Senden" übertragen, das
den Wunsch zum Senden einer Nachricht angibt. Wenn als Antwort keine
Nachricht des Typs „Frei
zum Senden" von
dem „Master" Gerät empfangen
wird, nimmt das „Slave" Gerät an, dass
bei Block 193 eine Kollision stattgefunden hat und geht
zurück
zu Block 183, um es noch einmal zu versuchen. Wenn die Nachricht „Frei zum
Senden" empfangen
worden ist, überträgt das „Slave" Gerät die Nachricht
bei Block 195.
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Mehrere
andere Kanalzugriffsstrategien sind für Carrier Sense Multiple Access(CSMA)-Systeme entwickelt
worden und umfassen „1-Persistent", „non-Persistent" und „P-Persistent". Solche Strategien
oder Variationen davon können
einfach angepasst werden, um mit der vorliegenden Erfindung zu arbeiten.
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6a ist
ein Zeitdiagramm des Protokolls, das einen typischen Kommunikationsaustausch
zwischen einem microLAN „Master" Gerät mit praktisch unbegrenzten
Energieressourcen und einem microLAN „Slave" Gerät
zeigt. Die Zeitleiste 201 stellt die Kommunikationsaktivität des microLAN „Master" Geräts dar,
während
die Zeitleiste 203 die entsprechende Aktivität des microLAN „Slave" Geräts darstellt. Der „Master" überträgt periodisch eine Leerlauf-Nachricht 205,
die angibt, dass er zur Kommunikation verfügbar ist, oder dass er Daten
zur Übertragung
an ein „Slave" Gerät hat. Da
der „Master" praktisch unbegrenzte
Energieressourcen hat, bleibt er während der gesamten Zeitspanne 207 zwischen den
Leerlauf-Nachrichten 205 „wach". Mit anderen Worten tritt der „Master" während der
Zeitspannen 207 nicht in einen Energiesparmodus ein.
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Das „Slave" Gerät verwendet
ein bindendes Protokoll (unten unter Bezug auf 6c erläutert) zur Synchronisierung
mit dem „Master" Gerät, so dass der „Slave" in einen Energiesparmodus
eintreten kann und trotzdem die Leerlauf-Nachrichten des „Masters" überwachen kann, um festzustellen,
ob der „Master" Bedienung benötigt. Unter
Bezug auf 6a überwacht das „Slave" Gerät beispielsweise eine
Leerlauf-Nachricht des „Masters" während einer Zeitspanne 209,
ermittelt, dass kein Bedienen benötigt wird, und tritt während der
Zeitspanne 211 in einen Energiesparmodus ein. Der „Slave" wird dann während der
Zeitspanne 213 aktiviert, um die nächste Leerlauf-Nachricht des „Masters" zu überwachen. Wieder
stellt der „Slave" fest, dass kein
Bedienen benötigt
wird, und tritt während
einer Zeitspanne 215 in einen Energiesparmodus ein. Wenn
der „Slave" während einer
Zeitspanne 217 wieder aktiviert wird, um die nächste Leerlauf-Nachricht
zu überwachen, ermittelt
er aus einer Nachricht des Typs „Anfrage zum Senden" von dem „Master", dass der „Master" Daten zur Übertragung
an den „Slave" hat. Der „Slave" antwortet, indem
er eine Nachricht des Typs „Frei
zum Senden" während der
Zeitspanne 217 sendet, und bleibt aktiviert, um die Übertragung
der Daten zu empfangen. Der „Master" ist somit fähig, die
Daten während
einer Zeitspanne 219 an den „Slave" zu übertragen.
Sobald die Daten von dem „Slave" am Ende der Zeitspanne 221 empfangen
worden sind, tritt der „Slave" während der
Zeitspanne 223 wieder in einen Energiesparmodus ein und
wird während
der Zeitspanne 225 wieder aktiviert, um die nächste Leerlauf-Nachricht zu überwachen.
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Alternativ
kann der „Slave" Daten zur Übertragung
an den „Master" haben. Wenn dies
der Fall ist, zeigt der „Slave" dies dem „Master" an, indem er während der
Zeitspanne 217 eine Nachricht übermittelt, und führt dann
einen Zurückhalte-Algorithmus aus,
um zu ermitteln, wie lange er warten muss, bevor er die Daten übermitteln
kann. Der „Slave" bestimmt aus dem
Zurückhalte-Algorithmus,
dass er eine Zeitspanne 227 warten muss, bevor er die Daten während der
Zeitspanne 221 übermitteln
kann. Die „Slave" Geräte verwenden
den Zurückhalte-Algorithmus
in dem Versuch, die Kollision von Daten mit denen anderer „Slave" Geräte zu verhindern,
die ebenfalls mit dem „Master" zu kommunizieren
versuchen. Der Zurückhalte-Algorithmus
wird oben in Bezug auf 5 näher erläutert.
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Die
Leerlauf-Nachrichten des „Masters" können auch
beim Planen von Kommunikationen zwischen zwei „Slave" Geräten
behilflich sein. Wenn beispielsweise ein erstes „Slave" Gerät
Daten zur Übertragung
an ein zweites „Slave" Gerät hat, sendet
der erste „Slave" während der
Zeitspanne 209 eine Nachricht an den „Master" mit der Anfrage nach Kommunikation
mit dem zweiten „Slave". Der „Master" sendet dann die
Anfrage während
der nächsten
Leerlauf-Nachricht. Da der zweite „Slave" die Leerlauf-Nachricht überwacht,
empfängt
der zweite „Slave" die Anfrage und
bleibt am Ende der Leerlauf-Nachricht
aktiviert, um die Kommunikation zu empfangen. Ebenso empfängt der
erste „Slave", weil er die Leerlauf-Nachricht
ebenfalls überwacht,
die Anfrage auch und bleibt während
der Zeitspanne 215 aktiviert, um die Kommunikation zu senden.
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6b ist
ein Zeitdiagramm des Protokolls, das einen typischen Kommunikationsaustausch
zwischen einem microLAN „Master" mit begrenzten Energieressourcen
und einem microLAN „Slave" Gerät zeigt.
Dieser Austausch ist ähnlich
dem in 6a gezeigten, außer, dass
der „Master", weil er begrenzte Energieressourcen
hat, in einen Energiesparmodus eintritt. Vor der Übertragung
einer Leerlauf-Nachricht „horcht" der „Master", um zu ermitteln,
ob der Kanal im Leerlauf ist. Wenn der Kanal im Leerlauf ist, überträgt der „Master" die Leerlauf-Nachricht 205 und wartet
dann eine Zeitspanne 231 um zu ermitteln, ob Geräte Kommunikation
wünschen.
Wenn keine Kommunikation gewünscht
wird, tritt der „Master" während einer
Zeitspanne 233 in einen Energiesparmodus ein, bevor er
wieder aktiviert wird, um den Kanal „abzuhorchen". Wenn der Kanal
nicht im Leerlauf ist, sendet der „Master" die Leerlauf-Nachricht nicht und tritt
während
einer Zeitspanne 235 in den Energiesparmodus ein, bevor
er wieder aktiviert wird, um den Kanal „abzuhorchen".
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Die
Kommunikation zwischen den „Master"- und „Slave"-Geräten ist
dieselbe wie oben unter Bezug auf 6a erläutert, außer dass
nach dem Senden oder Empfangen von Daten während der Zeitspanne 219 das „Master" Gerät während der
Zeitspanne 237 in einen Energiesparmodus eintritt.
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6c ist
ebenfalls ein Zeitdiagramm des verwendeten Protokolls, das ein Szenario
zeigt, bei dem der microLAN „Master" bei der Bedienung
von microLAN „Slave" Geräten versage.
Das „Master" Gerät sendet
periodisch eine Leerlauf-Nachricht 205, wartet eine Zeitspanne 231 und
tritt während
einer Zeitspanne 233 in einen Energiesparmodus ein, wie oben
unter Bezug auf 6b erläutert wurde. Ähnlich überwacht
das „Slave" Gerät während der
Zeitspannen 209 und 213 die Leerlauf-Nachrichten
und tritt während
der Zeitspannen 211 und 215 in einen Energiesparmodus
ein. Aus irgendeinem Grund hört jedoch
der „Master" auf, Leerlauf-Nachrichten
zu senden. Eine solche Situation kann beispielsweise eintreten,
wenn das „Master" Gerät tragbar
ist und außerhalb
des Bereichs des Funkgeräts
des „Slaves" getragen wird. Während einer
Zeitspanne 241 versucht der „Slave" ohne Erfolg, eine Leerlauf-Nachricht
zu überwachen.
Der „Slave" geht dann für eine Zeitspanne 243 „schlafen" und wird aktiviert,
um während
einer Zeitspanne 245 zu versuchen, eine nächste Leerlauf-Nachricht
zu überwachen,
ist jedoch wiederum erfolglos.
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Danach
initiiert das „Slave" Gerät ein bindendes
Protokoll, um zu versuchen, die Synchronisation mit dem „Master" wieder zu erlangen.
Während
zwei Zeitspannen (241 und 245) gezeigt sind, kann
der „Slave" ein derartiges Protokoll
nach einer beliebigen Anzahl erfolgloser Versuche, eine Leerlauf-Nachricht zu
lokalisieren, initiieren. Mit diesem Protokoll bleibt der „Slave" für eine Zeitspanne 247 aktiv,
die gleich der Zeitspanne von einer Leerlauf-Nachricht zur nächsten ist,
und versucht, die nächste
Leerlauf-Nachricht
zu lokalisieren. Wenn der „Slave" wieder erfolglos
ist, kann er aktiv bleiben, bis er eine Leerlauf-Nachricht von dem „Master" lokalisiert, oder er
kann, wenn der Energieverbrauch ein Anliegen ist, am Ende der Zeitspanne 247 in
einen Energiesparmodus eintreten und zu einem späteren Zeitpunkt aktiviert werden,
um eine Leerlauf-Nachricht zu überwachen.
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Falls
das „Master" Gerät für eine Dauer,
die ausreicht, um die Kommunikation zu behindern, außerhalb
des Bereichs der „Slave" Geräte in dem
microLAN Netz bleibt, kann eines der „Slave" Geräte
die Funktion des „Master" Geräts übernehmen.
Eine derartige Situation ist nützlich,
wenn die „Slave" Geräte in Abwesenheit
des „Masters" miteinander kommunizieren
müssen.
Ein derartiges Backup Gerät
hat bevorzugt die Fähigkeit,
mit Geräten
in dem Hauptkommunikationsnetz zu kommunizieren. Wenn der ursprüngliche „Master" zurückkehrt, „horcht" er den Kanal ab,
um Leerlauf-Nachrichten
von dem Backup zu ermitteln, zeigt dem Backup an, dass er zurückgekehrt
ist, und beginnt dann mit den Leerlauf-Übertragungen, wenn er die Herrschaft über das
microLAN Netz wiedererlangt hat.
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7 ist
ein Zeitdiagramm, das das Bedienen des hochgespeisten Hauptkommunikationsnetzes
und des niedriggespeisten microLAN Unternetzes durch das microLAN „Master" Gerät mit einem einzigen
oder mehreren Funktransceivern zeigt. Der Block 251 repräsentiert
die typische Kommunikationsaktivität des „Master" Geräts.
Die Linie 253 zeigt die Kommunikation des „Masters" mit einer Basisstation
in dem Hauptkommunikationsnetz, während die Linie 255 die
Kommunikation des „Masters" mit einem „Slave" Gerät in dem
microLAN Netz zeigt. Die Linien 257 und 259 zeigen
die entsprechende Kommunikation durch die Basisstation bzw. das „Slave" Gerät.
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Die
Basisstation sendet periodisch HALLO Nachrichten 261, die
anzeigen, dass sie für
Kommunikation verfügbar
ist. Das „Master" Gerät überwacht die
HALLO Nachrichten während
einer Zeitspanne 263 und tritt, nachdem es festgestellt
hat, dass die Basisstation nicht bedient werden muss, während einer
Zeitspanne 265 in einen Energiesparmodus ein. Der „Master" wird dann für eine Zeitspanne
aktiviert, um die nächste
HALLO Nachricht von der Basisstation zu überwachen. Wenn der „Master" Daten an die Basisstation
zu senden hat, überträgt er die
Daten während
einer Zeitspanne 271. Ebenso überträgt die Basisstation, wenn sie
Daten an den „Master" zu senden hat, die
Daten während
einer Zeitspanne 269. Sobald die Daten von dem „Master" empfangen oder gesendet
worden sind, kann er wieder in einen Energiesparmodus eintreten.
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Obwohl
das HALLO Nachrichtenprotokoll erläutert wird, kann eine Anzahl
von Kommunikationsprotokollen zur Kommunikation zwischen der Basisstation
und dem „Master" Gerät verwendet
werden. Es ist selbstverständlich,
dass das microLAN „Master" Gerät als „Slave" für Basisstationen
in dem Hauptkommunikationsnetz fungiert.
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Im
Allgemeinen ist der Kommunikationsaustausch zwischen dem „Master" und dem „Slave" ähnlich dem oben unter Bezug
auf 6b beschriebenen. Block 273 zeigt jedoch
eine Situation, in der der „Master" einen Kommunikationskonflikt
erfährt,
d.h. er hat Daten an den „Slave" im Unternetz zu
senden oder von ihm zu empfangen, während er gleichzeitig das Hauptnetz
hinsichtlich HALLO Nachrichten von der Basisstation überwacht.
Wenn der „Master" zwei Funktransceiver
aufweist, kann er beide Netze bedienen. Wenn der „Master" jedoch nur einen
Funktransceiver aufweist, wählt
er die Bedienung eines Netzes auf der Grundlage von Netzprioritäts-Erwägungen aus.
In Block 273 kann es beispielsweise erwünscht sein, wegen des Vorhandenseins
von Daten den „Slave" zu bedienen, und
nicht das Hauptnetz hinsichtlich HALLO Nachrichten von der Basisstation
zu überwachen.
Andererseits kann es in Block 275 eher erwünscht sein,
das Hauptnetz hinsichtlich HALLO Nachrichten zu überwachen, und keine Leerlauf-Nachricht
in dem Unternetz zu übertragen.
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8 und 9 sind
Blockdiagramme, die zusätzliche
Energiesparmerkmale gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigen, wobei Bereichs- und Batterieparameter verwendet
werden, um die geeignete Datenrate und den geeigneten Energiepegel
für nachfolgende Übertragungen
optimal auszuwählen. Insbesondere
sind, obwohl Netzgeräte
wie das Computer-Endgerät 7 in 1 und 2 die Fähigkeit besitzen,
Hochleistungs-Übertragungen
durchzuführen,
aufgrund von Batterieleistungs-Anliegen derartige Geräte so konfiguriert,
dass sie die minimale Übertragungsenergie
verwenden. Beispielsweise wenn durch Einstellen des Energiepegels
und der Datenrate auf der Basis (Anmerkung: Satz ist auch in der
englischen Vorlage unvollständig).
Einstellungen werden auf der Grundlage der Bereichsinformationen und
der Batterieparameter vorgenommen. Ähnlich rechtfertigt im microLAN
Netz, obwohl Niedrigleistungs-Transceiver verwendet werden, das
Anliegen der Batterieerhaltung ebenso die Verwendung derartiger
Datenraten- und Energieeinstellungen. Dieses Verfahren ist unten
unter Bezug auf 8 und 9 im Einzelnen
beschrieben.
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8 stellt
ein Blockdiagramm dar, das ein Protokoll 301 zeigt, das
von einem microLAN Zielgerät
verwendet wird, sowie ein entsprechendes Protokoll 303,
das von einem microLAN Quellgerät
verwendet wird, um die Datenrate und gegebenenfalls den Energiepegel
für zukünftige Übertragung
zwischen den beiden Geräten
einzustellen. Nach Empfang einer Übertragung von einem Quellgerät bei Block 311 identifiziert
das Zielgerät
bei Block 313 einen Bereichswert. Bei einer Ausführungsform
mit niedrigen Kosten wird der Bereichswert durch Erwägen der
Received Signal Strength Indications (RSSI) der ankommenden Übertragung
identifiziert. Obwohl in allen microLAN Funkgeräten RSSI-Schaltung platziert
werden könnte,
können
es die zusätzlichen
Ausgaben erforderlich machen, dass nur microLAN „Master" Geräte
die Schaltung erhalten. Dies bedeutet, dass nur microLAN „Master" Geräte die Funktion des
Zielgeräts
durchführen.
Andere Bereichswerte könnten
unter Verwendung aufwändigerer
Techniken wie Hinzufügen
von GPS(Global Position Service)-Schaltung zu beiden Funkgeräten ebenso
berechnet werden. Bei einer solchen Ausführungsform besteht der bei
Block 313 übertragene Bereichswert aus
der GPS-Position des microLAN Zielgeräts. Schließlich überträgt nach Identifizierung des
Bereichswerts bei Block 313 das Zielgerät dann den Bereichswert an
das „Slave" Gerät, von dem
die Übertragung
erhalten wurde.
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Nach
Empfang des Bereichswerts von dem Zielgerät bei Block 321 wertet
das microLAN Quellgerät
seine Batterieparameter aus, um für die Übertragung bei Block 323 eine
Folgedatenrate zu identifizieren. Wenn der Bereichswert angibt,
dass das microLAN Zielgerät
sehr nahe ist, wählt
das microLAN Quellgerät
eine schnellere Datenrate. Wenn der Bereichswert einen fernen „Master" angibt, wählt das Quellgerät eine langsamere
Rate. Auf diese Weise kann die verwendete Gesamtenergie auch ohne
Einstellen des Energiepegels gesteuert werden, um nur diejenige
zu verwenden, die benötigt
wird, um die Übertragung
durchzuführen.
Wenn jedoch den maximalen oder minimalen Datenraten Einschränkungen auferlegt
werden, kann es auch erforderlich sein, die Übertragungsleistung zu modifizieren.
Um beispielsweise die mit einem ganz zufälligen Bereich von Datenratenwerten
assoziierte Komplexität
weiter zu minimieren, können
ein Standardbereich und ein Satz von mehreren Datenraten verwendet
werden. Bei einem solchen Szenario kann es auch nötig sein,
dass eine Übertragungsleistungs-Einstellung
die Datenrateneinstellung ergänzt. Ähnlich muss
jede Einstellung der Energie maximale und minimale betreibbare Pegel
in Betracht ziehen. Datenrateneinstellung kann derartige Einschränkungen
ergänzen.
Jede versuchte Modifizierung der Leistung und der Datenrate kann alle
verfügbaren
Batterieparameter in Betracht ziehen, beispielsweise diejenigen,
die eine normale oder aktuelle Batteriekapazität angeben, die Ableitung der
Batterie unter normalen Bedingungen und während der Übertragung, oder die Tatsache,
dass die Batterie gerade aufgeladen wird. Der letztere Parameter
hat sich dahingehend als sehr wesentlich erwiesen, dass, wenn die
Batterie aufgeladen wird, das microLAN „Slave" Gerät
Zugriff auf eine viel größere Energiequelle
zur Übertragung
hat, was die größte Energieübertragung
und unter gewissen Umständen gegebenenfalls
die langsamste Datenrate begründen kann.
-
Schließlich wird
bei Block 325 eine Angabe der identifizierten Datenrate
an das Zielgerät
zurück übertragen,
so dass zukünftige Übertragungen
mit der neu gewählten
Rate stattfinden können.
Die Angabe der Datenrate kann dahingehend explizit sein, dass eine
Nachricht übertragen
wird, die die spezifische Rate benennt. Alternativ kann die Datenrate
implizit übertragen
werden, indem die neue Rate von der Quelle gewählt und verwendet wird, was
erforderlich macht, dass sich das Ziel an die Veränderung
anpasst. Dies kann auch unter Verwendung eines vordefinierten „Headers" für Synchronisation
bewerkstelligt werden.
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9 zeigt
eine andere Ausführungsform zum
Ausführen
der Datenraten- und gegebenenfalls Energiepegel-Einstellung. Bei
Block 351 sendet das microLAN Quellgerät nach der Bindung und gegebenenfalls
periodisch eine Angabe seiner aktuellen Batterieparameter an das
microLAN Zielgerät.
Diese Angabe kann jeder einzelne Parameter sein oder eine Durchschnittsangabe
aller Parameter zusammen. Bei Block 355 speichert das microLAN
Zielgerät
nach Empfang die Batterieparameter (oder die Angabe). Schließlich identifiziert
bei Block 358 nach Empfang einer Übertragung von dem Quellgerät das Ziel-Endgerät auf der
Grundlage von Bereichsbestimmungen und der gespeicherten Batterieparameter
die Folgedatenrate (und gegebenenfalls den Energiepegel). Danach
werden die neue Datenrate und der neue Energiepegel an das Quellgerät entweder
explizit oder implizit für
künftige Übertragungen
kommuniziert.
-
Für den Fachmann,
der das Vorstehende gelesen hat, ist es offensichtlich, dass verschiedene Modifikationen
und Variationen des erfindungsgemäßen Kommunikationssystems möglich sind,
und es ist beabsichtigt, dass alle, die durch die beigefügten Ansprüche abgedeckt
sind, umfasst sind.