DE60105643T2

DE60105643T2 - Verfahren und vorrichtung zur verbindung von endgeräten über ein ad-hoc funkkommunikationsnetzwerk

Info

Publication number: DE60105643T2
Application number: DE60105643T
Authority: DE
Inventors: Theodoros Salonidis; Pravin Bhagwat; O. Richard LAMAIRE
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: Wistron Corp
Priority date: 2000-12-29
Filing date: 2001-11-09
Publication date: 2005-09-29
Anticipated expiration: 2021-11-10
Also published as: KR20030065568A; EP1346522B1; AU2002227911A1; WO2002054790A3; CN1303787C; DE60105643D1; KR100620831B1; ATE276614T1; JP2004517570A; HK1071253A1; EP1346522A2; JP3759107B2; WO2002054790A2; US6865371B2; US20030096576A1; CN1575567A

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Kommunikationsnetzwerke und insbesondere ein Verfahren zur Verbindung von zwei oder mehr Einheiten über ein Ad-hoc-Funkkommunikationsnetzwerk.
Hintergrund der Erfindung
Bluetooth ist eine neue Technologie, die für die drahtlose Verbindung von tragbaren Produkten der Verbraucherelektronik, z. B. Mobiltelefone, Headsets, PDAs und Laptops über kurze Distanzen (ca. 10 Meter) entwickelt wurde, die aber auch für Faxgeräte, Drucker, Spielzeug, Digitalkameras, Haushaltsgeräte und praktisch jedes andere digitale Verbraucherprodukt oder jede andere digitale Anwendung verwendet werden kann. Diese Technologie ermöglicht ein Verfahren zum Aufbau von kleinen drahtlosen Netzwerken zwischen Bluetooth-fähigen Einheiten auf Ad-hoc-Basis. Ebenso kann sie als drahtlose Kommunikationsbrücke zu vorhandenen Datennetzwerken dienen. Derzeitige Bemühungen für den Einsatz von Bluetooth konzentrieren sich auf Punkt-zu-Punkt-Client/Server-Anwendungen, wie beispielsweise das Profil für DFÜ-Verbindungen, das Headset-Profil oder das Profil für LAN Access Point (Bluetooth Spezifikation 1.0). Bei diesen herkömmlichen Anwendungen entdecken sich Bluetooth-fähige Einheiten automatisch und konfigurieren sich selbst in Netzwerke, die in den meisten Fällen lediglich aus zwei Knoten bestehen.
Die Bluetooth Spezifikation „Baseband Specification", Version 1.0 B, Core, 1. Dezember 1999, Seite 33 bis 190, XP002214950, nennt ein Anfrageverfahren (inquiry procedure), das in Anwendungen verwendet wird, in denen der Quelle die Geräteadresse der zu suchenden Einheit nicht bekannt ist. In diesem Zusammenhang sind öffentliche Geräte wie Drucker oder Faxgeräte oder Zugangspunkte zu einem LAN-Netzwerk zu nennen. Alternativ kann das Anfrageverfahren verwendet werden, um herauszufinden, welche weiteren Bluetooth-Einheiten sich in Reichweite befinden. Während eines Subzustands der Anfragen sammelt die entdeckende Einheit die Adressen der Bluetooth-Einheiten und registriert alle Einheiten, die auf die Anfragenachricht reagieren. Mit Hilfe des bereits früher beschriebenen Funkruf-Verfahrens kann die Einheit dann, sofern gewünscht, eine Verbindung mit jeder dieser Einheiten aufbauen. Die von der Quelle gesendete Anfragenachricht enthält keinerlei Angaben über die Quelle. Sie kann allerdings die Informationen darüber enthalten, welche Geräteklassen antworten sollen. Es gibt einen allgemeinen Anfragezugangscode (General Inquiry Access Code, GIAC), um nach allen Bluetooth-Einheiten zu suchen, und verschiedene spezielle Anfragezugangscodes (Dedicated Inquiry Access Codes, DIAC), mit denen nur nach bestimmten Einheiten gesucht wird. Die Anfragezugangscodes sind von belegten Bluetooth-Geräteadressen abgeleitet. Eine Einheit, die andere Bluetooth-Einheiten entdecken will, tritt in einen Subzustand der Anfrage ein. In diesem Subzustand übermittelt sie auf verschiedenen Sprungfrequenzen fortlaufend die Anfragenachricht (die ein ID-Paket ist). Die Anfragesprungsequenz wird immer vom LAP des GIAC abgeleitet. Auch bei der Verwendung von DIACs wird die angewendete Sprungsequenz somit aus dem LAP des GIAC erzeugt. Eine Einheit, die sich zur Entdeckung bereitstellt, geht in regelmäßigen Abständen in den Subzustand Anfragesuchlauf über, um auf Anfragenachrichten zu reagieren.
Gemäß einer aktuellen Spezifikation (z. B. IEEE 802.15 Personal Area Network (PAN), entwickelt von der PAN Arbeitsgruppe) können sich bis zu acht Bluetooth-fähige Einheiten automatisch in ein „Pikonetz" konfigurieren. Jedes Pikonetz hat einen festgelegten Master, der den restlichen Knoten oder den als Slave fungierenden Einheiten das Muster der Sprungfrequenz vorgibt. Ein Pikonetz unterscheidet sich von anderen ähnlichen Netzwerken in der unmittelbaren Umgebung durch seine einzigartige Frequenzsprungsequenz. Da jedes Pikonetz eine andere Frequenzsprungsequenz verwendet, können in der gleichen Umgebung mehrere Pikonetze nebeneinander vorhanden sein.
Pikonetze können außerdem über Brückenknoten miteinander verknüpft werden, um ein größeres Ad-hoc-Netzwerk zu bilden, das Scatternet genannt wird (mehrere voneinander unabhängige und nichtsynchronisierte Pikonetze). Brückenknoten können im Allgemeinen zeitweise an verschiedenen Pikonetzen teilnehmen, wobei sie Daten von einem Pikonetz empfangen und sie an ein anderes weitergeben. Es gibt praktisch keine Einschränkung bezüglich der Rolle, die ein Brückenknoten in einem Pikonetz, an dem er teilnimmt, spielen kann. So kann eine Brücke beispielsweise in einem Pikonetz als Master und in einem anderen als Slave fungieren oder auch in allen teilnehmenden Pikonetzen Slave sein. Auf diese Weise können mehrere Pikonetze aufgebaut und zu Ad-hoc-Scatternets verbunden werden, um zwischen sich ständig ändernden Konfigurationen eine flexible Kommunikation zu ermöglichen.
Die Spezifikation zum Bluetooth Basisband, wie sie in J. Haartsen, „Bluetooth Baseband Specification", Version 1.0, dargelegt wird, die hier als Referenz angefügt wird, definiert den Punkt-zu-Punkt-Verbindungsaufbau mit Bluetooth als ein zweistufiges Verfahren. Haben Bluetooth-Einheiten keine Kenntnisse über die Einheiten in ihrer Umgebung, müssen sie erst ein Anfrageverfahren (inquiry procedure) durchführen, um Informationen über die Umgebung zu bekommen (z. B. Knotenidentitäten und Synchronisierungsdaten). Liegen die Daten über die Umgebung vor, wird ein Funkrufverfahren (paging procedure) angewendet, um die Verbindung zwischen den Einheiten tatsächlich aufzubauen.
Die Verfahren Anfrage und Funkruf umfassen ein asymmetrisches Verbindungsaufbauprotokoll, das im Wesentlichen zwei Typen von Einheiten beinhaltet:

– suchende Anfrage-Einheiten (inquiry units), die versuchen, Einheiten in der Umgebung zu entdecken und eine Verbindung mit ihnen aufzubauen; und
– zu entdeckende Anfrage-Einheiten, die sich selbst zur Entdeckung und Verbindung mit Anfrage-Einheiten als verfügbar darstellen.

Die Bluetooth Basisbandschicht unterstützt im Wesentlichen die folgenden Zustände für die Erforschung der Umgebung und den Verbindungsaufbau:
Anfrage (Inquiry): Der Zustand Anfrage wird verwendet, um die Identität von Bluetooth-Einheiten in einer bestimmten Betriebsumgebung festzustellen. Die suchende Einheit oder das suchende Gerät sammelt Bluetooth-Geräteadressen und registriert alle Einheiten, die auf die Anfragenachricht antworten.
Anfrage-Suchlauf (Inquiry Scan): In diesem Zustand suchen die Bluetooth-Einheiten nach Anfragen (Inquiries) von anderen Einheiten. Die suchende Einheit ist in der Lage, sowohl nach einem allgemeinen Anfragezugangscode (general inquiry access Code, GIAC) als auch nach einem speziellen Anfragezugangscode (dedicated inquiry access code, DIAC) zu suchen.
Funkruf (Page): Dieser Zustand wird von einem suchenden Gerät oder einer suchenden Einheit verwendet, die durch Anfrageverfahren andere Einheiten entdeckt hat. Die suchende Einheit sendet Funkrufnachrichten, wobei der Gerätezugangscode (device access code, DAC) der gefundenen Einheit auf unterschiedlichen Sprungkanälen übertragen wird.
Funkruf-Suchlauf (Page Scan): In diesem Zustand sucht eine Einheit während eines bestimmten Zeitraums nach ihrem eigenen Gerätezugangscode (DAC). Während dieses Zeitraums sucht die Einheit auf einer einzigen Sprungfrequenz (abgeleitet von seiner Funkruf-Sprungsequenz).
Verbindung (Connection): Mit Erreichen dieses Zustands ist eine Einheit der Master und die andere der Slave. In diesem Zustand können die Einheiten unter Verwendung der Kanal-Sprungsequenz, die vom Kanalzugangscode (channel access code) und der Bluetooth-Takt des Masters bestimmt wurde, Pakete austauschen.
Bereitschaft (Standby): Bereitschaft ist ein in der Bluetooth-Einheit voreingestellter Zustand mit geringer Stromaufnahme. Nur der eingebaute Taktgeber ist in Betrieb, und es findet keine Interaktion mit anderen Einheiten statt. Außerdem gibt es noch mehrere Zwischenzustände, nämlich (Anfrage-Antwort (Inquiry Response), Slave-Antwort (Slave Response) und Master-Antwort (Master Response). Diese Zustände werden im Folgenden im Zusammenhang mit einer Beschreibung des Verbindungsaufbauprotokolls mit Bluetooth genauer beschrieben.
1 zeigt ein logisches Flussdiagramm (100) und stellt ein herkömmliches Verfahren zum Aufbau einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen Bluetooth-fähigen Einheiten, nämlich eine anfragende Einheit (inquiring unit) (101) und eine angefragte Einheit (inquired unit) (102), dar. Beide Einheiten verwenden ein universelles Frequenzsprungverfahren, das Anfragesprungsequenz (Inquiry-Hopping-Sequence) genannt wird. Folgende Schritte werden in einem gewöhnlichen Verfahren zum Verbindungsaufbau verfolgt:

1. Als Erstes geht die anfragende Einheit (101) in den Zustand ANFRAGE (INQUIRY) (120) über und versucht zu entdecken, welche Geräte sich in Reichweite befinden, wobei gemäß der universellen Anfragesprungsequenz mit hoher Geschwindigkeit ein Paket mit dem Anfragezugangscode (inquiry access code, IAC) (111) mit einer Rate von 3200 Sprüngen/Sekunde übertragen wird, und sucht zwischen den Übertragungen nach Antworten.
2. Die angefragte Einheit (102) geht in den Zustand ANFRAGESUCHLAUF (INQUIRY SCAN) (130) über und stellt sich somit zur Entdeckung durch in Reichweite befindliche anfragende Einheiten als verfügbar dar. Die angefragte Einheit (102) beginnt auf einem Frequenzträger mit der Suche nach einer potenziellen anfragenden Einheit (101) und überträgt auf dieser speziellen Frequenz eine Anfragenachricht. Alle 1,28 Sekunden bewegt die Einheit gemäß der universellen Anfragesprungsequenz ihren horchenden Träger einen Sprung vorwärts (im Frequenzkanal). Es wird deutlich, dass auf diese Weise eine Verzögerung bei der Synchronisierung der Frequenzen auftritt, bis die anfragende Einheit (101) und die angefragte Einheit (102) auf dem gleichen Kanal synchronisiert sind.
3. Sobald die anfragende Einheit (101) und die angefragte Einheit (102) auf der gleichen Frequenz kommunizieren, empfängt die angefragte Einheit (102) von der anfragenden Einheit (101) ein IAC-Paket (111). Nach Empfang der Anfragenachricht geht die angefragte Einheit (102) in den Zustand BEREITSCHAFT (STANDBY) (140) über und „schläft" während einer festgelegten Zeit R, die einheitlich zwischen 0 und 639 Millisekunden festgelegt wurde.
4. Die angefragte Einheit (102) „wacht" anschließend wieder auf und nimmt erneut die Suche im Zustand ANFRAGE-ANTWORT (INQUIRY RESPONSE) (150) auf, wobei sie das Frequenzspringen bei dem Sprung wieder aufnimmt, mit dem sie vor ihrem Übergang in den Zustand BEREITSCHAFT gesucht hat.
5. Ein zweites IAC-Paket (112) wird empfangen, und die angefragte Einheit sendet ein Paket mit der Frequenzsprungsequenz (FHS) (113) an die anfragende Einheit (101) zurück. Das FHS-Paket (113) enthält die Bluetooth-Adresse und den Taktwert der angefragten Einheit, wobei dies für die anfragende Einheit (101) eine wertvolle Information für die Synchronisierung darstellt, die das sich anschließende Funkrufverfahren (Paging) beschleunigt. Direkt nach der Antwort durch ein FHS-Paket (113) geht die angefragte Einheit (102) in den Zustand FUNKRUF-SUCHLAUF (PAGE SCAN) (160) über und sucht nach ihrem eigenen Gerätezugangscode (device access code, DAC), wobei sie gemäß ihrer eigenen Funkrufsprungsequenz (Page-Hopping-Sequenz) springt.
6. Die anfragende Einheit (101) hingegen empfängt von der angefragten Einheit (102) ein FHS-Paket (113) sowie Daten, die verwendet werden, um den DAC und die Funkrufsprungsequenz der angefragten Einheit (102) zu ermitteln. An diesem Punkt beginnt das Funkrufverfahren. Die anfragende Einheit (101) geht in den Zustand FUNKRUF (PAGE) (170) über und beginnt den Funkruf, wobei das DAC-Paket (114) gemäß der Funkrufsprungsequenz der angefragten Einheit (102) gesendet wird.
7. Die angefragte Einheit (102) empfängt das DAC-Paket (114) und geht in den Subzustand SLAVE-ANWORT (SLAVE RESPONSE) (180) über.
8. Die anfragende Einheit (101) empfängt das von der angefragten Einheit gesendete DAC-Paket (115), geht in den Subzustand MASTER-ANTWORT (MASTER RESPONSE) (190) über und sendet anschließend ein FHS-Paket (116) mit ihrer Adresse und den Takt-Daten an die angefragte Einheit (102).
9. Die angefragte Einheit (102) empfängt das FHS-Paket (116), das von der anfragenden Einheit (101) gesendet wurde und wechselt, wie im FHS-Paket (116) empfangen, auf den Kanalzugangscode (channel access code) und den Takt der anfragenden Einheit (101). Die angefragte Einheit (102) sendet dann zur Bestätigung des Empfangs des FHS-Pakets (116) ein DAC-Paket (117) und geht anschließend in den Zustand VERBINDUNG (CONNECTION) (198) über, wobei sie in dieser Punkt-zu-Punkt-Verbindung die Rolle des Slave einnimmt.
10. Die anfragende Einheit (101) geht beim Empfang des DAC-Pakets (117) von der angefragten Einheit (102) in den Zustand VERBINDUNG (CONNECTION) (199) über und wird Master dieser Punkt-zu-Punkt-Verbindung.

Gemäß dem oben beschriebenen herkömmlichen Protokoll von Bluetooth kann zwischen zwei Bluetooth-fähigen Einheiten eine Verbindung aufgebaut werden, und die Einheiten können nacheinander jede gewünschte Menge an Daten austauschen.
Obwohl Bluetooth eine viel versprechende neue Technologie ist, hat das herkömmliche Verfahren bzw. das Protokoll zum Verbindungsaufbau mehrere Nachteile. Wie oben beschrieben, unterstützt Bluetooth einen drahtlosen Ad-hoc-Verbindungsaufbau zwischen Einheiten in Reichweite. Das bedeutet, dass sich zwei in der Nähe befindliche Einheiten gegenseitig entdecken und zwischen sich eine Kommunikationsverbindung aufbauen können. Da Bluetooth eine Streuspektrum-Frequenzsprungtechnologie nutzt, um Punkt-zu-Punkt- und Punkt-zu-Multipunkt-Verbindungen zu unterstützen, müssen die Einheiten ihre Frequenzsprungmuster synchronisieren, bevor sie miteinander kommunizieren können. Das bedeutet, dass Gäste nicht in der Lage sind, an der Kommunikation teilzunehmen, es sei denn, sie haben sich zuvor gegenseitig „entdeckt" und ihre Frequenzsprungmuster synchronisiert. Auch wenn sich alle Knoten im direkten Kommunikationsbereich befinden, treten während des Aufbaus der einzelnen Verbindungen im Netzwerk zufällige Verzögerungen in der Synchronisation auf. Das Verfahren der Synchronisation (oder Inquiry in der Terminologie von Bluetooth) ist ein zeitaufwendiges und asymmetrisches Verfahren (d. h., dass sich zwei Knoten in unterschiedlichen Anfangszuständen befinden müssen).
Demzufolge kann es bei zwei eingeschalteten Bluetooth-Einheiten einige Sekunden dauern, bis eine Verbindung zwischen den Einheiten aufgebaut ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung, wie im unabhängigen Anspruch 1 und im Anspruch der Vorrichtung 7 definiert, stellen ein Protokoll für die Entdeckung und den Verbindungsaufbau zwischen zwei oder mehreren Einheiten, vorzugsweise Bluetooth-Einheiten bereit, das im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren zum Verbindungsaufbau bedeutend verbessert wurde. Mit der vorliegenden Erfindung können sich viele Bluetooth-fähige Einheiten entdecken und sich automatisch in komplexere Netzwerkstrukturen konfigurieren als jene, die vom herkömmlichen Verfahren unterstützt werden können. Das asynchron verteilte Protokoll der vorliegenden Erfindung beginnt mit Knoten, denen ihre Umgebung unbekannt ist, und endet mit dem Aufbau eines Netzwerks, das den strukturellen Einschränkungen gerecht wird, die beim Aufbau der Verbindung durch die Technologie Bluetooth oder ähnliche technische Besonderheiten der Einheiten vorgegeben sind.
Gemäß einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung wird die neue Technologie der wechselnden Zustände verwendet, um zwischen mehreren Einheiten oder Knoten in einem Ad-hoc-Funkkommunikationsnetzwerk ein Scatternet aufzubauen. Während einer ersten Phase wird ein Koordinatorknoten gewählt, wobei eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen zwei Knoten aufgebaut und ein obsiegender Knoten bestimmt wird. Es werden so lange sukzessive „Eins-gegen-eins-Kämpfe" durchgeführt, bis ein einziger obsiegender Koordinatorknoten verbleibt. Der Koordinatorknoten ermittelt und speichert die Daten jeder am Netzwerk teilnehmenden Einheit bzw. jedes Knotens. Während einer zweiten Phase weist der Koordinatorknoten jeder Einheit im Netzwerk eine Rolle zu, wobei bestimmt wird, welcher Knoten Master, Slave oder Brücke sein soll. Während einer dritten Phase wird das drahtlose Netzwerk gemäß den vom Koordinator zugewiesenen Rollen aufgebaut.
Diese und weitere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden detaillierten Beschreibung der anschaulichen Erläuterungen herausgestellt, die zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen zu lesen ist, wobei ähnliche Elemente in verschiedenen Ansichten mit identischen Referenznummern bezeichnet werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein logisches Flussdiagramm, das ein herkömmliches Protokoll für einen asymmetrischen Verbindungsaufbau zwischen zwei Bluetooth-fähigen Einheiten darstellt.
2 ist ein logisches Flussdiagramm, das einen vollständigen Zustand WECHSEL darstellt, mit dem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Protokoll für einen symmetrischen Punkt-zu-Punkt-Verbindungsaufbau ohne vorangegangenes Zuordnen von Rollen zur Verfügung gestellt wird.
3 ist ein logisches Zeitdiagramm, welches das Protokoll für einen symmetrischen Punkt-zu-Punkt-Verbindungsaufbau gemäß 2 zeigt.
4 ist ein logisches Flussdiagramm, das gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Operationen und Zustandstransaktionen eines jeden Knotens während eines Wahlprozesses (Phase I) des Protokolls für den Netzwerkaufbau zeigt.
5 ist ein logisches Flussdiagramm, das gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Operationen des Koordinatorknotens während der Phase der Rollenzuordnung (Phase II) des Protokolls für den Netzwerkaufbau zeigt.
6 ist ein logisches Flussdiagramm, das gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Operationen eines Slave-Knotens während der Phase der Rollenzuordnung (Phase II) und der Phase des Verbindungsaufbaus (Phase III) des Protokolls für den Netzwerkaufbau zeigt.
7 ist ein logisches Flussdiagramm, das gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Operationen eines ausgewählten Master-Knotens während der Phase des Verbindungsaufbaus (Phase III) des Protokolls für den Netzwerkaufbau zeigt.
8 ist ein Blockschaltbild, das eine typische Bluetooth-fähige Einheit mitsamt einer Ausführungseinheit und der damit verbundenen Komponenten zeigt.
Detaillierte Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden im Zusammenhang mit einer praktischen Anwendung beschrieben, in der zwei Bluetooth-fähige Einheiten oder Knoten versuchen, automatisch eine Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindung zwischen sich aufzubauen.
Es gilt jedoch zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese oder eine andere spezielle Anwendung der Kommunikationsverbindung beschränkt ist. Im Gegenteil, die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung bieten vielfältige Anwendungsmöglichkeiten, um gemäß den hier dargelegten Grundgedanken eine praktisch unbegrenzte Anzahl von Einheiten und/oder Knoten in einem Ad-hoc-Funknetzwerk zu verbinden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt 2 einen vollständigen Zustand WECHSELN (ALTERNATE) (200), der für ein Protokoll zum symmetrischen Verbindungsaufbau bevorzugt verwendet wird, ohne wie bisher zuerst eine Rollenverteilung vorzunehmen. Der Zustand WECHSELN (ALTERNATE) (200) kann von einem Fachmann durchgeführt werden, der beispielsweise Programmierungsbefehle und/oder Routinen verwendet, wie sie in der hier als Referenz beigefügten Spezifikation von K. Fleming „Bluetooth Host Controller Interface [HCI]", Version 1.0, definiert werden. Das Protokoll der vorliegenden Erfindung kann auch in Hardware ausgeführt werden.
Beim Start, der zum Beispiel durch Betätigen des „Start"-Knopfes durch einen Endbenutzer und Warten auf einen automatischen Verbindungsaufbau ausgelöst wird, startet jede Bluetooth-Einheit vorzugsweise einen Zeitgeber für das Zeitlimit (start timeout timer) (203) und geht dann in einen ersten Zustand (201) über. Der Zeitgeber für das Zeitlimit (203) registriert vorzugsweise die abgelaufene Zeit und kann zum Beispiel, wie unter Fachleuten bekannt, als gewöhnlicher Zähler ausgeführt werden. Hierbei gilt es zu beachten, dass der Zustand (201) willkürlich als Zustand ANFRAGE (INQUIRY) oder als Zustand ANFRAGE-SUCHLAUF (INQUIRY SCAN) ausgewählt werden kann. Des weiteren gilt es zu beachten, dass die Zustände ANFRAGE und ANFRAGE-SUCHLAUF dem Endbenutzer möglichst bekannt sind und nicht wie beim herkömmlichen Verfahren zum Verbindungsaufbau vorher festgelegt wurden. Im Beispiel in 2 wird der Zustand (201) als Zustand ANFRAGE gewählt.
Die Bluetooth-Einheit verbleibt während eines Zeitraums R1 möglichst im Zustand ANFRAGE (201) und operiert im Wesentlichen in einem „Schlaf"- oder Bereitschafts-Modus (211), wobei keine wesentliche Interaktion zwischen den Einheiten stattfindet. Vorzugsweise wird eine vom Benutzer gewählte vordefinierte Wahrscheinlichkeitsverteilung angewendet, um den Zeitraum, während dessen eine Einheit entweder im Zustand ANFRAGE oder ANFRAGE-SUCHLAUF verbleibt, zu steuern. Diese Verteilung kann zum Beispiel als Zufallsverteilung gewählt werden. Durch Ändern eines oder mehrerer Parameter bei der Verteilung hat der Benutzer Einfluss auf die Sequenz der wechselnden Zustände, wodurch die Zeit des Verbindungsaufbaus zwischen Einheiten optimiert werden kann.
Nachdem die Einheit während des Zeitraums R1 in ihrem Zustand (201) verblieben ist, wird die abgelaufene Zeit (213) vorzugsweise gemessen, um zu ermitteln, ob ein vorher festgelegtes Zeitlimit ALT_TIMEOUT (220) überschritten worden ist. Wurde das Zeitlimit ALT_TIMEOUT überschritten, verlässt die Bluetooth-Einheit vorzugsweise (217) den Zustand WECHSELN (200). Nach dem Verlassen (217) des Zustands WECHSELN (200) kann die Einheit eine Nachricht zum Ablauf des Zeitlimits ausgeben, beispielsweise durch Setzen eines Merkers oder einer ähnlichen Anzeige, wobei vorzugsweise signalisiert wird, dass während des vorher festgelegten Zeitraums keine Verbindung aufgebaut wurde. Wurde das Zeitlimit ALT_TIMEOUT (220) nicht überschritten, geht die Einheit in den zweiten Zustand (202) über, der vorzugsweise der jeweils andere der beiden Anfangszustände (ANFRAGE oder ANFRAGE-SUCHLAUF) ist, welcher zuvor willkürlich als erster Zustand (201) gewählt wurde. Im Beispiel von 2 ist der zweite Zustand (202) der Zustand ANFRGAE-SUCHLAUF, da der erste Zustand (201) willkürlich als Zustand ANFRAGE gewählt wurde. Anschließend verbleibt die Einheit während eines zweiten Zeitraums R2 im Zustand (202), im Wesentlichen im „Schlaf"-Modus (212). Wie für den ersten Zeitraum R1 wird vorzugsweise eine vordefinierte Wahrscheinlichkeitsverteilung gewählt, um den Zeitraum R2, während dessen die Einheit in ihrem aktuellen Zustand (202) verbleibt, zu steuern. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Verteilung zur Bestimmung des Zeitraums R2 anders sein kann als die Verteilung für den Zeitraum R1. Auch hier wird gemäß der vorliegenden Erfindung anschließend wie zuvor beschrieben vorzugsweise ein Prüfen des Ablaufens des Zeitlimits (Timeout expiration check) (213) durchgeführt.
Unter der Annahme, dass sich in der Betriebsumgebung keine weitere Bluetooth-Einheit für einen Verbindungsaufbau befindet, wird das Verfahren der Zustandswechsel (200) (d. h. abwechselndes Umschalten zwischen den Zuständen ANFRAGE und ANFRAGE-SUCHLAUF) möglichst gestoppt, wenn das vorher festgelegte Zeitlimit ALT_TIMEOUT (220) überschritten wurde. Befindet sich in Betriebsnähe eine weitere Bluetooth-fähige Einheit, beginnen die beiden Einheiten vorzugsweise mit der Verwendung des Protokolls des Zustands WECHSELN (200), und je nachdem, ob sich die jeweilige Einheit im Zustand ANFRAGE (201) oder im Zustand ANFRAGE-SUCHLAUF (202) befindet, geht jede Einheit abwechselnd in den Zustand VERBINDUNG (205) über und fungiert jeweils als Master- oder als Slave-Einheit. Es ist darauf hinzuweisen, dass sich die Einheiten für einen gültigen Verbindungsaufbau zwischen zwei Bluetooth-Einheiten in zueinander komplementären Zuständen befinden müssen (z. B. ANFRAGE/ANFRAGE-SUCHLAUF). Nach Übergang in den Zustand VERBINDUNG (205) wird der Zustand WECHSELN vorzugsweise verlassen (216).
Als Beispiel kann ein Szenario dienen, an dem zwei Bluetooth-fähige Einheiten beteiligt sind, nämlich „Einheit A" (360) und „Einheit B" (370) (vgl. 3), wobei jede Einheit beim Versuch, eine Verbindung zwischen sich aufzubauen, die Prozedur des Zustands WECHSELN (200) (vgl. 2) der vorliegenden Erfindung verwendet. 3 zeigt ein logisches Zeitdiagramm (300), das eine anschauliche Sequenz der Zustandswechsel zeigt, die von jeder Einheit (360 und 370) während der Ausführung der Prozedur des Zustands WECHSEL der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird. In 3 wird die Aktivität der Zustandswechsel für die beiden Bluetooth-Einheiten (360 und 370) zusammen mit einem gemeinsamen Zeitplan (330) dargestellt, der zum Zweck einer einfachen Erläuterung auf einer gewöhnlichen Zeitachse abgebildet wurde. Die mit „I" gekennzeichneten Intervalle (301) gehören zu einer Einheit im Zustand ANFRAGE und die mit „S" gekennzeichneten Intervalle zu einer Einheit im Zustand ANFRAGE-SUCHLAUF. Die Zustände ANFRAGE und ANFRAGE-SUCHLAUF wurden bereits im Zusammenhang mit der Prozedur des Zustands WECHSEL in 2 beschrieben.
Das Beispiel in 3 setzt voraus, dass die Einheit A (360) bereits das Protokoll des Zustands WECHSEL gestartet hat und versucht, während eines unbestimmten Zeitraums vor einem willkürlich gewählten Anfangszeitpunkt t0 (320) eine Kommunikationsverbindung mit einer anderen Bluetooth-Einheit aufzubauen und demzufolge zwischen den beiden Zuständen ANFRAGE und ANFRAGE-SUCHLAUF wechselt. Der Zeitpunkt t0 (320) wird vorzugsweise willkürlich als Startpunkt für Einheit B (370) gewählt, wobei Einheit B ebenso beginnt, gemäß der durch die vorliegende Erfindung definierten Prozedur des Zustands WECHSEL zwischen den Zuständen ANFRAGE und ANFRAGE-SUCHLAUF zu wechseln.
Der gemeinsame Zeitplan (330) zeigt vorzugsweise eine kombinierte Sequenz der Zustandswechsel für die beiden Einheiten (360 und 370), die durch mehrere „EIN/AUS"-Intervalle Xi gekennzeichnet ist. Vorzugsweise wird ein Intervall Xi als ein Zeitraum zwischen Zustandswechseln einer oder beider Bluetooth-Einheiten (360 und 370) definiert. Die zeitliche Länge eines Intervalls Xi wird zufällig sein, da der Zeitraum, während dessen eine Einheit in einem bestimmten Zustand verbleibt (d. h. ANFRAGE oder ANFRAGE-SUCHLAUF), wie zuvor beschrieben zufällig ist. Folglich werden die Intervalle Xi im Allgemeinen aufeinander bezogen nicht gleichmäßig lang sein, obwohl es die statistische Möglichkeit gibt, dass die Intervalle Xi gleichmäßig lang sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung haben die beiden Einheiten (360 und 370) die Möglichkeit, sich nur während jener Zeitintervalle gegenseitig zu lokalisieren oder zu „entdecken", in denen sie sich in komplementären Zuständen befinden (d. h., Einheit 360 befindet sich in Zustand 301, während sich Einheit 370 in Zustand 302 befindet). Im Wesentlichen handelt es sich um eine Exklusiv-ODER-Funktion, wobei der gemeinsame Zeitplan (330) eine logische 1 („EIN") anzeigt, wenn die beiden Einheiten (360 und 370) sich nicht im gleichen Zustand befinden. Diese „EIN"-Intervalle sind mit 311, 312, 313, 314, 315 und 316 gekennzeichnet, dazu gehören jeweils die Intervalle X1, X3, X5, X7, X9 und X11.
Weiterhin mit Bezug auf 3 initiieren die Einheiten (360 und 370) zu Beginn eines ersten „EIN"-Intervalls X1 (311) ein Verfahren zum Verbindungsaufbau auf herkömmliche Weise, zum Beispiel unter Verwendung der zuvor im Zusammenhang mit 1 beschriebenen Schritte. Das Verfahren zum Verbindungsaufbau benötigt im Allgemeinen eine endliche Zeitdauer der zufälligen Länge T (340), die Verzögerungen bei der Synchronisierung der Frequenzen und die Verzögerung der angefragten Einheit im Zustand Bereitschaft oder Rückkopplung (140) (vgl. 1). Ist der Zeitraum T (340) für den Ablauf des Verfahrens zum Verbindungsaufbau kürzer als die Dauer des „EIN"-Intervalls (d. h. 316), gehen die beiden Einheiten (360 und 370) nach Ausführung des Verfahrens zum Verbindungsaufbau in 1 vorzugsweise in den Zustand VERBINDUNG (205) in 2 über. Nach Übergang in den Zustand VERBINDUNG (205) verlassen beide Einheiten vorzugsweise (216) die Prozedur des Zustands WECHSEL (200) mit einer Ausgabenachricht oder einem entsprechenden Äquivalent, um zu signalisieren, dass eine gültige Verbindung aufgebaut worden ist (vgl. 2). Verändert jedoch eine der Einheiten ihren Zustand (d. h. ANFRAGE 301 zu ANFRAGE-SUCHLAUF 302) bevor das in 1. dargestellte Verfahren zum Verbindungsaufbau abgeschlossen wurde (d. h., die Dauer des Zeitraums T (340) ist länger als das entsprechende „EIN"-Intervall), wurde keine gültige Verbindung aufgebaut, und die Einheiten (360 und 370) müssen bis zum nächsten „EIN"-Intervall (z. B. Intervall X3 312) warten, bis ein erneuter Verbindungsaufbau versucht werden kann. Kann auch beim nächsten gültigen Zeitintervall (313) keine Verbindung aufgebaut werden, wird der Verbindungsaufbau sukzessive während der nächsten „EIN"-Intervalle (313, 314 usw.) versucht, bis schließlich eine Verbindung aufgebaut wurde oder bis ein vorher festgelegtes Zeitlimit für den Verbindungsaufbau (Connection timeout period) abgelaufen ist. Vorzugsweise wird ein Zeitraum für den Verbindungsaufbau T_c (321) bestimmt, und zwar als Länge des Zeitraums, der mit der Startzeit t₀ (320) beginnt und mit einem Zeitpunkt t_n (322) endet und während dessen sich die beiden Bluetooth-Einheiten (360 und 370) in komplementären Zuständen befinden, die für einen Verbindungsaufbau notwendig sind, während die Prozedur des Zustands WECHSEL der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Die neue Technologie der „wechselnden Zustände" der in 2 und 3 beschriebenen vorliegenden Erfindung ist ein Mechanismus, mit dem eine Ad-hoc-Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen zwei Bluetooth-Einheiten garantiert ist. Für mehr als zwei Einheiten, zwischen denen „fliegend" ein Scatternet aufgebaut werden soll, bietet die vorliegende Erfindung gemäß einer zweiten Ausführungsform ein einzigartiges Protokoll, das den hier beschriebenen Mechanismus der „wechselnden Zustände" einschließt, um sicherzustellen, dass das am Ende aufgebaute Netzwerk den Anforderungen und der Architektur eines Bluetooth-Scatternet gerecht wird.
In einer beispielhaften Anwendung befinden sich in einem Raum mehrere Benutzer, die mit ihren Bluetooth-fähigen Einheiten ein Ad-hoc-Netzwerk aufbauen möchten (oder, als Alternative, ein einzelner Benutzer mit verschiedenen Bluetooth-fähigen Einheiten). Jeder Benutzer initiiert vorzugsweise eine Prozedur zum Verbindungsaufbau, indem er den „Start"-Knopf betätigt oder eine vergleichbare Prozedur einleitet, und wartet anschließend darauf, dass die Einheit signalisiert, dass eine Verbindung aufgebaut worden ist, zum Beispiel, indem nach kurzer Zeit eine Anzeige „Netzwerkverbindung hergestellt" erscheint. Nach einer solchen Bestätigung ist der Benutzer in der Lage, mit einem anderen Benutzer oder einer anderen Einheit Daten im Raum auszutauschen. Es wird für dieses Beispiel angenommen, dass sich alle teilnehmenden Einheiten jeweils in Betriebsumgebung befinden, was eine logische Annahme für den Aufbau eines Netzwerks zwischen vielen drahtlosen Geräten in einem einzigen Raum ist.
Im oben beschriebenen Szenario sind die Elemente eines erfolgreichen Verbindungsaufbauprotokolls enthalten, nämlich:

– Der Aufbau einer Netzwerkverbindung muss in einer im Wesentlichen verteilten Art und Weise geschehen. Das bedeutet, dass jede Einheit vorzugsweise asynchron in Betrieb geht und zu Beginn keine Kenntnisse über die Identitäten oder die Anzahl der Knoten im Raum hat.
– Nach einem erfolgreichen Verbindungsaufbau muss das Protokoll ein verbundenes Scatternet garantieren. Es muss mindestens ein Pfad zwischen zwei beliebigen Knoten im Netzwerk bestehen (Korrektheit).
– Das Netzwerk muss sich in einem angemessenen Zeitraum aufbauen, der vom Endbenutzer toleriert werden kann (Leistungsfähigkeit).

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gibt es im Wesentlichen keine Einschränkungen hinsichtlich der endgültigen Form des Bluetooth-Scatternet. Die einzigen Anforderungen bzw. Richtlinien sind:

1. Es müssen Pikonetze sein, die aus einem Master und weniger als sieben Slaves bestehen (von denen einige Brücken sein können).
2. Pikonetze müssen durch Brückenknoten untereinander verknüpft sein.
3. Jeder Knoten muss im endgültigen Netzwerk jeden anderen Knoten erreichen können (d. h., dass das Netzwerk vollständig verbunden sein muss).

Im Hinblick auf die oben genannten Freiheiten und für den Entwurf eines schnelleren Protokolls weist die vorliegende Erfindung in einer bevorzugten Ausführungsform folgende strukturelle Einschränkungen auf:

– Ein Brückenknoten verbindet gegebenenfalls nur zwei Pikonetze (Einschränkung des Brückengrades). Eine Brücke muss ihre Tätigkeit zeitlich in viele Teile zerlegen. In Anbetracht der Tatsache, dass jede tragbare Einheit begrenzte Verarbeitungskapazitäten hat, was einen maximalen Brückengrad von zwei (2) vorgibt, kann ein Knoten keine Kreuzung für mehrere entstandene Datentransfers sein.
– Zwei Pikonetze haben nur eine gemeinsame Brücke (Piconet Overlap Constraint). Diese Bedingung wird vorzugsweise angewendet, um eine Möglichkeit zu schaffen, das Verbindungsaufbauprotokoll schneller zu beenden. Möchten später zwei Master über eine weitere gemeinsame Brücke verfügen, ist dies beispielsweise durch ein herkömmliches Protokoll zur Verhandlung über Brücken möglich.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Protokoll oder ein Mechanismus für die Verbindung von Bluetooth-Einheiten zu einem Scatternet bereitgestellt. Das Protokoll ist vorzugsweise wenigstens zu einem Teil auf einem Algorithmus oder einer Prozedur zur Wahl eines Anführers (leader) begründet. Wie unter Fachleuten bekannt, wird mit der Wahl eines Anführers das Problem angegangen, einen einzigen Anführerknoten so zu wählen, dass der gewählte Anführer weiß, dass er gewählt wurde und die anderen Knoten wissen, dass sie nicht gewählt wurden. Das Konzept der Wahl eines Anführers ist ein wichtiges Mittel, das verwendet werden kann, um die Symmetrie in einem verteilten System aufzulösen. Da die Knoten asynchron und ohne Kenntnis der Gesamtanzahl der teilnehmenden Knoten beginnen, kann ein Anführer den Netzwerkaufbau steuern.
Das Verfahren zum Netzwerkaufbau der vorliegenden Erfindung umfasst vorzugsweise drei verschiedene Phasen, nämlich die Phase der Koordinatorwahl (Phase I), eine Phase der Rollenzuordnung (Phase II) und eine Phase des Verbindungsaufbaus (Phase III). Jede dieser Phase wird im Folgenden detailliert beschrieben.
Phase I: Koordinatorwahl
Während der Phase der Koordinatorwahl findet vorzugsweise eine asynchrone, verteilte Wahl eines Koordinatorknotens statt, der zum Schluss die Nummer, Adresse und Taktdaten jedes teilnehmenden Knotens in der Netzwerkkonstruktion ermittelt und speichert. Der Koordinatorknoten ist verantwortlich für die Festlegung, welche teilnehmenden Knoten Master, Slaves und Brücken (die vorzugsweise Slaves für einen oder mehrere Master sind) des Netzwerks sind.
Für die Anwendung der vorliegenden Erfindung sind vorzugsweise mehrere Variablen und damit verbundene Funktionen definiert. Während Phase I verfügt jede Einheit oder jeder Knoten x vorzugsweise über die folgenden Variablen:
MY_VOTES: Diese Variable wird verwendet, um die Anzahl der Stimmen (VOTES), die ein bestimmter Knoten bis zu diesem Zeitpunkt empfangen hat, zu bestimmen.
OTHER_VOTES: Bei einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung ist diese Variable als der MY_VOTES-Wert des anderen Knotens definiert.
MY_ID: Diese Variable enthält die Bluetooth-Adresse der Einheit x.
OTHER_ID: Bei einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung ist diese Variable als die MY_ID-variable des anderen Knotens definiert.
MY_FHS_LIST: Diese Variable, die als Matrix ausgeführt werden kann, enthält die aktuelle Liste der Dateihierarchiesystem-Pakete (File Hierarchy System (FHS)-Pakete) des oder der Knoten, welche die Einheit x bis zu diesem Zeitpunkt zur Kenntnis genommen hat, einschließlich des eigenen Pakets. Diese Liste kann zum Beispiel Einträge der folgenden Art enthalten:
OTHER_FHS_LIST: Bei einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung ist diese Variable, die als Matrix ausgeführt werden kann, als die MY_FHS_LIST des anderen Knotens definiert. Diese Liste enthält wie zuvor definiert Elemente des Typs FHSInfo.
4 ist ein logisches Flussdiagramm (400), das gemäß der vorliegenden Erfindung die Operationen und Zustandsübergänge jedes Knotens in einem anschaulichen Beispiel der Phase I zeigt. In 4 beginnt jeder Knoten vorzugsweise in einem Zustand INITIALISIEREN (INITIALIZE) (410), wobei eine Variable MY_VOTES = 1 (411) gesetzt wird. Im Zustand INITIALISIEREN (410) wird bevorzugt ein FHSInfo-Eintrag zu einer Matrix MY_FHS_LIST (412) hinzugefügt, die eine Bluetooth-Adresse und Taktdaten eines bestimmten Knotens enthält. Der Listen-Eintrag MY_FHS_LIST[0] enthält vorzugsweise die Bluetooth-Adresse und Taktdaten des Knotens x. Außerdem setzt der Knoten x vorzugsweise die lokale Variable MY_ID der MY_FHS_LIST[0].adress (413) gleich. Vor Verlassen des Zustands INITIALISIEREN (410) wird vorzugsweise der Zeitgeber für das Zeitlimit (203 in 2), der im Verfahren WECHSEL verwendet wurde, gestartet, und die Einheit geht wie zuvor im Zusammenhang mit 2 beschrieben anschließend in den vollständigen Zustand WECHSEL (200) über.
Weiterhin mit Bezug auf 4 bauen zwei beliebige sich entdeckende Knoten x und y vorzugsweise eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung auf und verlassen beide den Zustand WECHSEL (200) durch den Ausgangspunkt (output oder exit point) (216). Beim Aufbau der Verbindung treten die beiden Knoten x und y vorzugsweise in einen „Eins-gegen-Eins-Kampf", um zu ermitteln, welcher der beiden Knoten der „Obsiegende" ist. So umfasst der Kampf zwischen den Knoten x und y (422 und 423) zum Beispiel einen Datenaustausch (420) bezüglich der Variablen MY_VOTES und MY_ID. Jede Einheit vergleicht (430) nacheinander ihre Variable MY_VOTES mit ihrer Variable MY_ID (die wiederum der Variable MY_VOTES der anderen Einheit gleich gesetzt ist). Sind die zwei Variablen gleich (431), dann wird vorzugsweise hinsichtlich der Variablen MY_ID der beiden Knoten ein weiterer Vergleich (440) durchgeführt, und der Knoten mit der größeren ID obsiegt in diesem Kampf. Sind jedoch die beiden Variablen MY_VOTES und OTHER_VOTES nicht gleich (432), wird vorzugsweise ein weiterer Vergleich (450) durchgeführt, und die Einheit mit einer größeren Anzahl an Stimmen (451) obsiegt in dem Kampf.
Es wird angenommen, dass Einheit x im Beispiel von 4 als die obsiegende Einheit ermittelt wurde. Die unterlegene Einheit y (442 oder 452) führt vorzugsweise bestimmte Zwischenaufgaben (460) durch, bevor sie in einen Zustand FUNKRUF-SUCHLAUF (PAGE SCAN) (480) übergeht. Die Zwischenaufgaben (460) umfassen das Senden (461) ihrer MY_FHS_LIST an die obsiegende Einheit x, das Setzen einer Variable MASTERS_COUNT auf Null (462) und das Trennen der Verbindung mit Einheit x (463). Nach Übergang in den Zustand FUNKRUF-SUCHLAUF (480) ist die unterlegene Einheit y nicht mehr in der Lage, auf ANFRAGE-Nachrichten zu reagieren, sondern antwortet nur auf Funkruf-Nachrichten von Knoten, die von ihr Kenntnis haben und in Zukunft nach ihr suchen werden. Dies führt im Wesentlichen dazu, dass dieser Knoten von dem Wettkampf der Prozedur der Koordinatorwahl ausgeschlossen ist und auf Phase II des neuen Bluetooth-Netzwerkaufbauprotokolls der vorliegenden Erfindung vorbereitet wird.
Die obsiegende Einheit x (441 oder 451) führt vorzugsweise bestimmte Aufgaben (470) durch, zu denen der Empfang der MY_FHS_LIST der unterlegenen Einheit in der lokalen Variablen OTHER_FHS_LIST (471) und anschließendes Anhängen dieser Liste an ihre aktuelle MY_FHS_LIST (472) gehören können. Die obsiegende Einheit x erhöht ebenfalls vorzugsweise ihren aktuellen Wert MY_VOTES um einen Wert, der gleich dem Wert OTHER_VOTES ist, bevor die Verbindung mit der unterlegenen Einheit y endgültig getrennt (473) und der Zeitgeber für das Zeitlimit erneut gestartet wird (474). Die obsiegende Einheit x geht dann vorzugsweise in den Zustand WECHSEL (200) über, um das Verfahren (400) zu wiederholen, bis schließlich alle teilnehmenden Knoten im Netzwerk bekannt sind. Deshalb befindet sich bei Abschluss der Phase I nur eine Einheit im Zustand WECHSEL (200) und verlässt diesen Zustand durch den Ausgangspunkt (output point) (217), wenn das Zeitlimit ALT_TIMEOUT überschritten wurde (und angezeigt wird, dass keine weiteren zu entdeckenden Knoten vorhanden sind). Zu diesem Zeitpunkt nimmt die verbleibende Einheit an, dass sie der gewählte Koordinator ist und startet anschließend Phase II, indem sie in den Zustand FÜHRER (LEADER) (490) übergeht. Es ist zu beachten, dass das Zeitlimit ALT_TIMEOUT (220 in 2) so gewählt werden sollte, dass garantiert ist, dass bei Abschluss nur ein Knoten zum Koordinator gewählt wurde.
Phase II: Rollenermittlung
Bei Abschluss der Phase I ist der Obsiegende des gesamten Wettkampfes der Koordinator, und die übrigen Knoten verbleiben vorzugsweise in einem Zustand FUNKRUF-SUCHLAUF (480) und warten, dass nach ihnen gesucht wird. Der Koordinatorknoten und die Knoten im Zustand FUNKRUF-SUCHLAUF (480) führen im Allgemeinen verschiedene Operationen durch.
Mehrere Variablen und damit verbundene Funktionen sind für die Anwendung der vorliegenden Erfindung vorzugsweise definiert. Die in Phase II vom Koordinatorknoten verwendeten Variablen umfassen vorzugsweise:
N: Diese Variable steht für die Anzahl der in Phase I entdeckten Knoten.
P: Diese Variable steht für die Anzahl der Master, die das aufgebaute Scatternet umfassen wird.
BRIDGELIST(i) und SLAVELIST(i): Für jeden Master i des aufgebauten Pikonetzes speichern die Listenpaare BRIDGELIST(i) und SLAVELIST(i), die als Tiefenmatrix i ausgeführt werden können, vorzugsweise die Identitäten der jeweiligen Brückenknoten und die der Slaveknoten, die dem Masterknoten i zugeordnet wurden.
MASTERS: Diese Variable ist eine Liste der Größe P, die vorzugsweise Einträge des Typs FHSInfo speichert und vom Koordinator zugewiesene Master beinhaltet.
HeadPacket: Dies ist ein Datenpaket, das zu Beginn eines jeden Verfahrens zum Verbindungsaufbau vorzugsweise von einem Masterknoten an einen Slaveknoten gesendet wird. In der bevorzugten Ausführungsform weist dieses Paket den Slaveknoten an, sich nach den Vorgaben zweier Bits zu verhalten, nämlich:
HeadPacket.Mbit – Ist dieses Bit gleich „1", zeigt dies, dass der Knoten, der das HeadPacket empfängt, im aufgebauten Scatternet ein vom Koordinator zugewiesener Masterknoten ist; und
HeadPacket.Bbit – Ist dieses Bit gleich „1", zeigt dies, dass der Knoten, der das HeadPacket empfängt, im aufgebauten Scatternet ein vom Koordinator zugewiesener Brückenknoten ist.
5 ist ein logisches Flussdiagramm (500), das die Operationen eines Koordinatorknotens während Phase II des Bluetooth-Netzwerkaufbauprotokolls der vorliegenden Erfindung zeigt.
Außerdem ist 6 ein logisches Flussdiagramm (600), das die Operationen eines Knotens zeigt, der bei Abschluss der Phase I in den Zustand FUNKRUF-SUCHLAUF übergegangen ist. 6 dient als Referenz, wenn im Folgenden Phase II und Phase III beschrieben werden.
In 5 ordnet der Master oder Anführer zu Beginn die Anzahl der Knoten N so zu, dass sie der Variablen MY_VOTES entsprechen (490). Dann ermittelt der Koordinator, ob der Wert von N geringer als acht (8) ist (520). Ist dies der Fall (521), ist nur ein einzelnes Pikonetz mit einem als Master fungierenden Koordinator erforderlich, womit die Notwendigkeit für Brückenknoten zu anderen Pikonetzen entfällt.
Im Fall eines einzigen Pikonetzes (d. h., wenn N geringer oder gleich acht ist), sucht und verbindet der Koordinator vorzugsweise alle N Knoten (530), die sich im Zustand FUNKRUF-SUCHLAUF befinden, bevor das Verfahren der Phase II endgültig beendet wird (550). Während eines Wiederholungsintervalls j, das vorzugsweise gleich eins (1) gesetzt wird (525), sucht und verbindet der Koordinator vorzugsweise eine Slave-Einheit, die der Adresse MY_FHS_LIST(j) entspricht (525), setzt die Mbit und Bbit Bits des Datenpakets HeadPacket jeweils gleich null (0), (541 und 542), und sendet dieses Paket als erstes Datenpaket an den Slave (543). Ein Wiederholungszeiger wird dann um eins erhöht (544) und anschließend gemessen, um zu ermitteln, ob das nächste Wiederholungsintervall j geringer ist als die Anzahl der Knoten N (510). Die Schritte für Suchen/Verbinden und Paketinitialisierung (530, 540) werden vorzugsweise so lange wiederholt wie das Wiederholungsintervall j geringer als N bleibt (511). Sobald das Wiederholungsintervall j gleich der Anzahl der Knoten N ist oder diese überschreitet (512) (d. h., auf alle Einheiten in der Liste MY_FHS_LIST wurde vom Koordinator zugegriffen), geht der Koordinator in den Zustand MASTER-ENDE (550) über und beendet damit die Phase II des Verbindungsaufbauprotokolls (550). Der Koordinator arbeitet danach als Master im Zustand VERBINDUNG. Daraus folgt, dass gemäß dem oben beschriebenen Verfahren der vorliegenden Erfindung ein Pikonetz mit einem Koordinator, der als Master fungiert, aufgebaut werden kann, in dem alle anderen Knoten als Slaves fungieren.
Ist in 5 die Anzahl der Knoten N größer als acht (522), kann der Koordinator mit seinem umfassenden Blick auf das Netzwerk entscheiden, welcher Knoten im aufgebauten Scatternet welche Rolle einnehmen soll. Die Entscheidung bezüglich der Rolle steht in engem Zusammenhang mit den Kriterien für den Aufbau eines Bluetooth-Scatternet. So können beispielsweise verschiedene Anwendungen ermöglichen, dass der gleiche Knoten als Master oder als Slave fungiert. Ein Knoten kann außerdem aufgrund seiner eigenen Beschaffenheit restriktivere Gradeinschränkungen aufweisen. So ist es sehr wahrscheinlich, dass ein Palm Pilot nicht die erforderliche Verarbeitungskapazität hat, um Master eines Pikonetzes mit sieben Slaves zu sein, es sei denn, die anderen Knoten im Pikonetz verfügen über eine geringere Verarbeitungskapazität als der Palm Pilot. Diese Einschränkungen können dem Anführer oder Koordinator während des Wahlvorgangs mitgeteilt werden, und sie können dem Koordinator helfen, die Rollen der im aufgebauten Scatternet teilnehmenden Knoten zuzuordnen. Sind keine weiteren (oder überhaupt keine) Einschränkungen vorhanden, kann eine Standardtechnik zur Rollenermittlung angewendet werden:

– Bei einer Anzahl von teilnehmenden Knoten N muss das aufgebaute Scatternet sofern möglich die Mindestanzahl der Pikonetze (und damit die der Master) umfassen.
– Das aufgebaute Scatternet muss vollständig verbunden sein. Das bedeutet, dass jeder Master mit allen anderen Mastern vorzugsweise über Brückenknoten verbunden sein muss.

Es gilt zu beachten, dass die oben beschriebenen Standardkriterien für die Rollenzuordnung rein illustrativ sind und gemäß der vorliegenden Erfindung leicht geändert werden können.
Eine Mindestanzahl von Masterknoten oder Pikonetzen P für ein vollständig verbundenes Bluetooth-Scatternet kann mit der folgenden Gleichung berechnet werden (561):
Wie aus der oben genannten Gleichung ersichtlich, funktioniert die Standardtechnik aufgrund der vollständigen Verbundenheit und der Notwendigkeit einer Mindestanzahl von Pikonetzen für eine Anzahl von Knoten N, die größer oder gleich null ist und geringer oder gleich 36. Eine größere Anzahl von Knoten kann zu einer standardmäßigen Herangehensweise führen, die nicht zu einer vollständigen Verbundenheit des Scatternet führt.
In 5 bestimmt das Protokoll der Phase II der vorliegenden Erfindung vorzugsweise, welche Knoten Master-, Brücken- oder Slave-Knoten sein müssen (560). Nach Berechnung von P (561) wählt der Koordinator P – 1 Knoten (sich selbst nicht inbegriffen) als Masterknoten (562) (die vorzugsweise in der Variable MASTERS gespeichert werden) und P(P – 1)/2 andere Knoten als Brückenkoten des Netzwerks. Vorzugsweise ordnet der Koordinator den Mastern gleichmäßig die verbleibenden Knoten als ihre „reinen" Slaves im Block zu (580). Nach der Zuordnung von Masters, Slaves und Brücken berechnet der Koordinator vorzugsweise eine BRIDGE_LIST(0) und eine SLAVES_LIST(0) und ordnet diese sich selbst zu (563), da er in Phase III des vorliegenden Protokolls als Master arbeiten wird. Dann wird vorzugsweise ein Zeiger für das Wiederholungsintervall oder ein Zähler j gestartet, wobei j gleich eins (1) ist (564).
Während jeder Wiederholung j sucht und verbindet der Koordinator nacheinander eine Einheit, die durch eine Adresse MASTERS(j).address repräsentiert wird (570). Es ist zu beachten, dass sich bei Abschluss der Phase I alle verbleibenden Knoten im Zustand FUNKRUF-SUCHLAUF (480) befanden (vgl. 4). Während der Wiederholung j berechnet der Koordinator vorzugsweise eine weitere BRIDGE_LIST(j) und SLAVES_LIST(j) (581) und setzt die Mbit und Bbit Bits des Datenpakets HeadPacket jeweils auf 1 und 0 (582 und 583). Dieses Paket wird dann als erstes Datenpaket an die Einheit MASTERS(j).address gesendet (584). Die Listen BRIDGE_LIST(j) und SLAVES_LIST(j) werden ebenfalls vorzugsweise an die Einheit MASTERS(j).address gesendet, bevor der Koordinator sich selbst von der Einheit trennt (586).
Nachdem der Koordinator sich von der Einheit MASTERS(j).address getrennt hat, erhöht er vorzugsweise den Wiederholungszeiger j um eins (587) und nimmt dann eine Überprüfung vor (590), um zu ermitteln, ob die Zahl der Wiederholungen überschritten wurde (z. B. wenn j größer oder gleich P – 1 ist). Wurde die Zahl überschritten (591) und zeigt er an, dass auf alle Einheiten in der Liste MASTERS zugegriffen wurde, geht der Koordinator vorzugsweise in einem Zustand START MASTER (599) in Phase III über. Wurde die Zahl der Wiederholungen j nicht überschritten (592), wird die Prozedur des Suchens und Verbindens (570) und die entsprechende Paket- und Listenübertragung (580) für das nächste Wiederholungsintervall durchgeführt (d. h. j + 1), bis eine solche Bedingung (j < P – 1) nicht länger zutrifft.
In 6 wird nun während der Wiederholung j die Einheit x, die der Adresse MY_FHS_LIST(j).address entspricht, vorzugsweise gesucht (480) und als ein Slave mit dem Koordinator verbunden (601). Nach Aufbau der Verbindung empfängt der Koordinator von der Einheit x vorzugsweise das HeadPacket (605), das aus der Übertragung des Koordinators (543) stammt (vgl. 5). Das Paket HeadPacket von der Einheit MY_FHS_LIST(j).address wird dann überprüft, um den Wert des Mbit Bit zu ermitteln (610). Da dieses Bit im Initialisierungsschritt gleich null (0) gesetzt wurde (541) (vgl. 5), veranlasst der Kontrollpfad (612) den Koordinator dann vorzugsweise dazu, den Wert des Bbit Bit zu überprüfen (620). Da auch hier das Bbit im Initialisierungsschritt gleich null (0) gesetzt wurde (542) (vgl. 5), veranlasst der Kontrollpfad (621) die Einheit x vorzugsweise dazu, in den Zustand SLAVE-ENDE (630) überzugehen, wobei die Einheit die Ausführung des Verbindungsaufbauprotokolls beendet hat und aktuell als Slave im Zustand VERBINDUNG operiert.
Auf der Seite der Master-Einheit wird während der Wiederholung j die Einheit x, die der Adresse MASTERS(j).address entspricht, vorzugsweise gesucht (480) und als ein Slave mit dem Koordinator verbunden (601). Nach Aufbau der Verbindung empfängt der Koordinator von der Einheit x vorzugsweise das HeadPacket (605), das aus der Übertragung des Koordinators stammt (584) (vgl. 5). Das Paket HeadPacket von der Einheit x (d. h. MASTERS(j).address) wird dann geprüft, um den Wert des Mbit Bit zu ermitteln (610). Da dieses Bit im Initialisierungsschritt (vgl. 5) auf eins (1) gesetzt wurde (582), veranlasst der Kontrollpfad (611) dann den Koordinator vorzugsweise dazu, die lokalen Listenvariablen MY_BRIDGE_LIST und MY_SLAVES_LIST von der Einheit x zu empfangen (681), die vom Koordinator während Schritt 584 (vgl. 5) übertragen wurden. Bei der durch den Koordinator ausgelösten Verbindungsbeendigung (682) geht Einheit x vorzugsweise in einen Zustand START MASTER (690) in Phase III über.
Phase III: Tatsächlicher Verbindungsaufbau
In Phase III beginnen die P Masterknoten vorzugsweise mit der Suche und dem Verbinden mit den Slave- und Brückenknoten, die ihnen vom Koordinatorknoten während der Phase der Rollenzuordnung (Phase II) zugeordnet wurden. Wie im Beispiel des logischen Flussdiagramms (700) in 7 gezeigt, beginnt die Tätigkeit des Masterknotens im Zustand START MASTER (702), welcher der gleiche ist wie 599 oder 690 (vgl. 5 und 6). Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verbindet sich die Mastereinheit vorzugsweise zunächst mit seinen reinen Slave-Einheiten, anschließend verbindet sich der Masterknoten vorzugsweise mit seinen Brücken-Einheiten. Im Folgenden wird ein beispielhaftes Verbindungsprotokoll genauer beschrieben.
In 7 sucht und verbindet sich die Mastereinheit während einer Wiederholung j, die zu Beginn gleich eins (1) gesetzt wird (710), vorzugsweise mit einer Einheit, die durch die Adresse MY_SLAVES_LIST(j).address repräsentiert wird (720). Nach Aufbau der Verbindung setzt der Master vorzugsweise sowohl das Mbit Bit des Datenpakets HeadPacket (731) als auch das Bbit Bit des Datenpakets HeadPacket gleich null (732) und sendet dieses Paket als erstes Datenpaket an die Einheit MY_SLAVES_LIST(j).address (733). Nach Übertragung des Datenpakets wird der Wiederholungszeiger j vorzugsweise um eins (1) erhöht (734) und geprüft (740), um zu ermitteln, ob sein Wert geringer ist als die Länge der Liste MY_SLAVES_LIST. Solange die Zahl der Wiederholungen geringer ist als die Länge der Liste MY_SLAVES_LIST, wird das Suchen/Verbinden (720) und die Paketinitialisierung/Übertragung (730) vorzugsweise für die nächste Wiederholung erneut durchgeführt (742).
Während jeder Wiederholung j wird die Einheit MY_SLAVES_LIST(j).address gesucht (480) und mit dem Koordinator verbunden (601) und empfängt das HeadPacket (605) aus der Übertragung (733) des Koordinators, wie oben bereits in ähnlicher Form in Zusammenhang mit 6 beschrieben. Die Einheit MY_SLAVES_LIST(j).address folgt dann dem Kontrollpfad (610, 620, 621) (da sowohl das Mbit und Bbit zuvor gleich null gesetzt wurden) und geht in den Zustand SLAVE-ENDE (630) über, wobei angezeigt wird, dass die Einheit die Ausführung des Verbindungsaufbauprotokolls beendet hat und aktuell als Slave im Zustand VERBINDUNG operiert.
Sobald die Zahl der Wiederholungen j gleich der Länge der Liste MY_SLAVES_LIST ist oder diese überschreitet (741), wobei dies bedeutet, dass der Master alle teilnehmenden Slave-Knoten verbunden hat, beginnt der Master vorzugsweise, seine Brückenknoten in ähnlicher Weise zu verbinden. Insbesondere während der Wiederholung j, die zu Beginn erneut auf eins (1) gesetzt wird (745), sucht und verbindet sich der Master vorzugsweise mit der Einheit, die der Adresse MY_BRIDGES_LIST(j).address entspricht (750), setzt die Mbit und Bbit Bits des Datenpakets HeadPacket auf 0 und 1, (jeweils 761, 762) und sendet dieses Paket als erstes Datenpaket an die Einheit MY_BRIDGES_LIST(j).address (763). Der Wiederholungszähler j wird dann vorzugsweise um eins (1) erhöht (764) und überprüft (770), um zu ermitteln, ob die Zahl der Wiederholungen die Länge der Liste MY_BRIDGES_LIST(j).address überschritten hat. Die Verfahren Suchen/Verbinden (750) und Dateninitialisierung/Übertragung (760) werden vorzugsweise wiederholt (772), bis die Zahl der Wiederholungen j gleich der Länge der Liste MY_BRIDGES_LIST ist (771) oder diese überschritten hat und angezeigt wird, dass der Master sich mit allen teilnehmenden Brückenknoten verbunden hat.
Wenn sich die Mastereinheit mit allen Einheiten in seiner MY_BRIDGES_LIST verbunden hat (771), wartet der Master vorzugsweise, bis alle Einheiten in der Liste einen Wert MASTER_COUNT gleich zwei (2) gesendet haben (780). Sobald diese Bedingung eintritt, geht der Koordinator vorzugsweise in einen Zustand MASTER-ENDE über (790), wobei die Einheit die Ausführung des Verbindungsaufbauprotokolls beendet hat und aktuell als Master im Zustand VERBINDUNG operiert.
In 6 wird erneut während jeder Wiederholung j die Einheit MY_BRIDGES_LIST(j).address gesucht (480) und verbunden (601) und empfängt das HeadPacket von der Übertragung (763) des Koordinators (605) in 7. Die Einheit MY_BRIDGES_LIST(j).address folgt vorzugsweise dem Kontrollpfad 610, 612, 620, 622, da im Paket HeadPacket das Mbit Bit gleich null (0) gesetzt ist (761) und das Bbit Bit gleich eins (1) gesetzt ist (762) (vgl. 7). Der Wert der Variable MASTERS_COUNT, der zu Beginn gleich null gesetzt wurde (462 in 4), wird vorzugsweise um eins (1) erhöht (641), und die Mastereinheit wird zu der MY_MASTERS_LIST des Koordinators hinzugefügt (640). Wenn bei der Überprüfung der Variable MASTER_COUNT (650) die Einheit als erster Master ermittelt wird, der sich mit der Slave-Einheit verbindet (652), wird erneut in den Zustand FUNKRUF-SUCHLAUF (480) übergegangen, um mit einem zweiten Master verbunden zu werden. Ist hingegen die Einheit der zweite Master (z. B. MASTER_COUNT = 2), mit dem die Slave-Einheit verbunden wurde, sendet die Einheit MY_BRIDGES_LIST(j).address vorzugsweise die Variable MASTERS_COUNT, die aktuell gleich zwei (2) sein sollte, an beide Master, die sich in ihrer Liste MY_MASTERS befinden (660). Dies kann erfolgen, indem zuerst die Variable MASTERS_COUNT an die Einheit x gesendet wird (661), dann das Pikonetz gewechselt wird (662) und anschließend die Variable MASTERS_COUNT an die Einheit MY_MASTERS(0) gesendet wird (663). Schließlich geht die Einheit MY_BRIDGES_LIST(j).address in einen Zustand BRÜCKE-ENDE (670) über, wobei die Einheit die Ausführung des Verbindungsaufbauprotokolls beendet hat und aktuell als Brückenknoten im Zustand VERBINDUNG operiert.
Protokollbeendigung: Wenn alle Master eine Nachricht MASTER_COUNT = 2 von all ihren zugeordneten Brücken empfangen haben, ist garantiert, dass im Wesentlichen ein vollständig verbundenes Scatternet mit P Pikonetzen aufgebaut worden ist, und das Protokoll der vorliegenden Erfindung, wie hier beschrieben, kann somit enden. Zu diesem Zeitpunkt arbeitet bevorzugt jeder Knoten entweder als Master, Slave oder Brücke im Zustand VERBINDUNG.
In 8 wird nun ein Blockschaltbild gezeigt, das eine allgemeine Hardwarearchitektur einer typischen Bluetooth fähigen Einheit (800) für eine Realisierung der verschiedenen funktionalen Komponenten/Module des drahtlosen Protokolls zur Verbindung von Einheiten, das in den Figuren dargestellt ist und hier beschrieben wird, darstellt. Wie gezeigt worden ist, kann die Einheit (800) mit einer Ausführungseinheit oder einem Prozessor (802), einem Speicher (804) und Eingabe/Ausgabeeinheiten (806) realisiert werden. Es gilt zu beachten, dass der Begriff „Prozessor", wie er hier verwendet wird, so zu verstehen ist, dass er irgendeine Ausführungseinheit einschließt (d. h. digitaler Signalprozessor, Microcontroller, usw.), z. B. eine, die eine Zentraleinheit (central processing unit, CPU) und/oder Verarbeitungsschaltkreise umfasst. Der Begriff „Speicher", wie er hier verwendet wird, ist so zu verstehen, dass er einen Speicher im Zusammenhang mit einem Ausführungseinheit oder einer CPU umfasst, wie beispielsweise ein Direktzugriffspeicher (RAM), Festwertspeicher (ROM), ein fest installiertes Speichergerät (z. B. Festplatte), ein Wechselspeicher (z. B. eine Diskette), Flash-Speicher, usw. Außerdem ist der Begriff „Eingabe-/Ausgabe-Einheiten", wie er hier verwendet wird, so zu verstehen, dass er beispielsweise ein oder mehrere Eingabegeräte (z. B. Maus, Tastatur, usw.) umfasst, um Daten in die Ausführungseinheit einzugeben, und/oder ein oder mehrere Ausgabegeräte (z. B. Bildschirmanzeige, Drucker, usw.), um Ergebnisse im Zusammenhang mit der Ausführungseinheit präsentieren zu können. Es gilt auch zu beachten, dass sich der Begriff „Prozessor" auf mehr als eine Einheit beziehen kann und dass verschiedene Elemente im Zusammenhang mit der Ausführungseinheit von anderen Einheiten mitgenutzt werden können.
Demzufolge können Software-Komponenten einschließlich Anweisungen oder Codes für die Durchführung der Verfahrensweisen der Erfindung wie hier beschrieben in einem oder mehreren der damit zusammenhängenden Speichergeräten gespeichert werden (z. B. ROM, fest installierter oder Wechselspeicher) und können, wenn sie zur Nutzung bereit sind, vollständig oder teilweise geladen (z. B. in RAM) und durch die CPU ausgeführt werden.

Claims

Verfahren zum Aufbau einer Verbindung zwischen einer Vielzahl von Einheiten über mindestens einen drahtlosen Kommunikationskanal, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Willkürliches Zuordnen eines ersten oder eines zweiten Zustands zu jeder der Einheiten, wobei eine Einheit im ersten Zustand versucht, eine andere Einheit zu entdecken und eine Verbindung mit dieser aufzubauen, und eine Einheit im zweiten Zustand sich selbst zur Entdeckung und Verbindung mit einer anderen Einheit als verfügbar darstellt; und Wechseln des aktuellen Zustands jeder der Einheiten zwischen dem ersten und zweiten Zustand, bis mindestens eines von vorher festgelegten Zeitlimits abgelaufen ist und eine Verbindung zwischen den Einheiten aufgebaut wurde, ein Zeitraum, während dessen jede der Einheiten in ihrem aktuellen Zustand verbleibt, welcher zumindest teilweise durch eine oder mehrere vordefinierte Wahrscheinlichkeitsverteilungen festgelegt wurde.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei jede der Einheiten eine damit verbundene Wahrscheinlichkeitsverteilung beinhaltet, um den Zeitraum, während dessen die Einheit im aktuellen Zustand verbleibt, gesondert zu steuern.
Verfahren nach Anspruch 1, das außerdem die folgenden Schritte umfasst: Wählen eines Koordinators, wobei der Koordinator eine aus den verschiedenen Einheiten ausgewählte Einheit ist und Daten über jede der Einheit speichert; Jeweiliges Zuordnen einer Master-, Slave- oder Brücken-Rolle zu jeder der Einheiten, wobei die Rollen durch den Koordinator gemäß vordefinierten Regeln zugeordnet werden; und Verbinden der Einheiten untereinander gemäß der Rollenzuordnung für jede Einheit zum Aufbau eines drahtlosen Netzwerks.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt der Wahl eines Koordinators folgende Schritte umfasst: Aufbau einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen zwei Einheiten; Ermitteln einer obsiegenden Einheit und einer unterlegenen Einheit gemäß vorher festgelegten Kriterien; Empfangen von Daten von der unterlegenen Einheit über diese selbst und jede Einheit, mit der die unterlegene Einheit zuvor eine Verbindung aufgebaut hat; und Wiederholen der Schritte zur Wahl eines Koordinators, bis auf alle Einheiten zugegriffen wurde.
Verfahren nach Anspruch 4, das außerdem den Schritt umfasst, die weitere Teilnahme der unterlegenen Einheit am Prozess der Wahl des Koordinators zu unterbinden, nachdem die Daten über die unterlegene Einheit und jede Einheit, die auf die unterlegene Einheit zuvor zugegriffen hat, empfangen wurden.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt der Ermittlung der obsiegenden Einheit des Weiteren das Vergleichen der Daten bezüglich jeder der verschiedenen Einheiten umfasst.
Vorrichtung zum Aufbau einer Verbindung zwischen mehreren Einheiten über mindestens einen drahtlosen Kommunikationskanal, wobei die Vorrichtung folgendes umfasst: mindestens eine Ausführungseinheit, die in der Lage ist: (i) willkürlich jeder der Einheiten einen ersten Zustand oder einen zweiten Zustand zuzuordnen, wobei eine Einheit im ersten Zustand versucht, eine andere Einheit zu entdecken und eine Verbindung mit dieser aufzubauen, und eine Einheit im zweiten Zustand sich selbst zur Entdeckung und Verbindung mit einer anderen Einheit als verfügbar darstellt; und (ii) den aktuellen Zustand jeder der Einheiten zwischen dem ersten und dem zweiten Zustand zu wechseln, bis mindestens eines von vorher festgelegten Zeitlimits abgelaufen ist und eine Verbindung zwischen den Einheiten aufgebaut wurde, ein Zeitraum, während dessen jede der Einheiten in ihrem aktuellen Zustand verbleibt, welcher zumindest teilweise durch eine oder mehrere vordefinierte Wahrscheinlichkeitsverteilungen festgelegt wurde.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Ausführungseinheit zusätzlich in der Lage ist: (iii) einen Koordinator zu wählen, wobei der Koordinator eine aus den verschiedenen Einheiten ausgewählte Einheit ist und die Daten über jede der Einheiten speichert; (iv) jedem der Einheiten jeweils eine Master-, Slave- oder Brücken-Rolle zuzuordnen, wobei die Zuordnung durch den Koordinator gemäß vordefinierten Regeln erfolgt; und (v) die Einheiten gemäß der Rollenzuordnung für jede Einheit zu verbinden, um ein drahtloses Netzwerk aufzubauen.