DE102007055195A1 - Verfahren zum Betrieb und zum Aufbau eines Funknetzwerks - Google Patents

Verfahren zum Betrieb und zum Aufbau eines Funknetzwerks Download PDF

Info

Publication number
DE102007055195A1
DE102007055195A1 DE102007055195A DE102007055195A DE102007055195A1 DE 102007055195 A1 DE102007055195 A1 DE 102007055195A1 DE 102007055195 A DE102007055195 A DE 102007055195A DE 102007055195 A DE102007055195 A DE 102007055195A DE 102007055195 A1 DE102007055195 A1 DE 102007055195A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
node
nodes
slot
beacon
master
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102007055195A
Other languages
English (en)
Inventor
Albert Dr. Krohn
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
PARTICLE COMP GmbH
PARTICLE COMPUTER GmbH
Original Assignee
PARTICLE COMP GmbH
PARTICLE COMPUTER GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by PARTICLE COMP GmbH, PARTICLE COMPUTER GmbH filed Critical PARTICLE COMP GmbH
Priority to DE102007055195A priority Critical patent/DE102007055195A1/de
Publication of DE102007055195A1 publication Critical patent/DE102007055195A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W16/00Network planning, e.g. coverage or traffic planning tools; Network deployment, e.g. resource partitioning or cells structures
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W28/00Network traffic management; Network resource management
    • H04W28/16Central resource management; Negotiation of resources or communication parameters, e.g. negotiating bandwidth or QoS [Quality of Service]
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/12Messaging; Mailboxes; Announcements
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W52/00Power management, e.g. TPC [Transmission Power Control], power saving or power classes
    • H04W52/02Power saving arrangements
    • H04W52/0209Power saving arrangements in terminal devices
    • H04W52/0212Power saving arrangements in terminal devices managed by the network, e.g. network or access point is master and terminal is slave
    • H04W52/0219Power saving arrangements in terminal devices managed by the network, e.g. network or access point is master and terminal is slave where the power saving management affects multiple terminals
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00Network topologies
    • H04W84/18Self-organising networks, e.g. ad-hoc networks or sensor networks
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02DCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Small-Scale Networks (AREA)

Abstract

Bekannte Verfahren zum Betrieb von Funknetzwerken gehen davon aus, dass die Funkteilnehmer entweder an ein Energienetz angeschlossen sind, eine große Energiequelle umfassen oder regelmäßig mit Energie versorgt werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Funknetzwerk mit möglichst autarken Knoten mit langer Lebensdauer zu schaffen. Hierzu schlägt die Erfindung ein Verfahren vor, nach dem durch eine geordnete Weiterleitung von Nachrichten auf extreme Reichweiten und durch ein Zeitmanagement auf einen Dauerbetrieb der Transceiver der einzelnen Knoten verzichtet werden kann. Betrieb bzw. Aufbau eines Funknetzwerks.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb und zum Aufbau eines Funknetzwerks.
  • Derartige Funknetzwerke bestehen in der Regel aus einer Vielzahl von Knoten, welche entweder direkt untereinander kommunizieren, oder ihre Kommunikation über einen zentralen Knoten, den so genannten Master, abwickeln.
  • Ganz allgemein gibt es die unterschiedlichsten Gründe, von einer drahtgebundenen Kommunikation zu einer drahtlosen Kommunikation zu wechseln. Einer der wesentlichsten Punkte ist hierbei, dass bei der drahtlosen Kommunikation eine direkte physische Verbindung nicht bestehen muss, mithin also keine Drähte zwischen den einzelnen Knoten gezogen werden müssen. Ebenfalls ist es von Vorteil, wenn die einzelnen Knoten in ihrer Position im Netzwerk beweglich sind, was im Falle einer drahtgebundenen Kommunikation nur sehr eingeschränkt der Fall wäre.
  • Allerdings bringt auch die drahtlose Kommunikation verschiedene Probleme mit sich. Insbesondere ist hierbei zu nennen, dass die Grenze drahtloser Kommunikation stets von der Reichweite des Senders beeinflusst wird, wodurch eine natürliche räumliche Begrenzung solcher Netzwerke geschaffen wird. Eine weiterer Punkt stellt die Energieversorgung dar, welche bei ortsfesten Knoten selbstverständlich üblicherweise kein Problem ist, nachdem die Energie hier meist direkt von vorhandenen Energienetzen bezogen werden kann. Soll hingegen ein Knoten beweglich, mithin sogar unabhängig sein, ist insoweit auch zu vermeiden, dass die Beweglichkeit durch eine Bindung an das Energienetz eingeschränkt wird – gerade nachdem eine Beweglichkeit durch den Verzicht einer drahtgebundenen Kommunikation eben erst erzielt wurde. Somit ist in diesem Fall auf eine bewegliche Energiequelle, etwa eine Batterie, zurückzugreifen, welche ihrerseits jedoch den Nachteil einer lediglich begrenzten Energiemenge mit sich bringt.
  • Es liegt somit im Interesse des Benutzers, eine besonders wirtschaftliche Haushaltung mit der vorhandenen Energie zu betreiben, sowie gleichzeitig die Reichweite und die mögliche Einsatzdauer auf ein größtmögliches Maß auszudehnen.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, diese beiden zunächst gegensätzlich erscheinenden Kriterien zu vereinen und ein Netzwerk zu schaffen, in welchem gleichzeitig mit großer Reichweite und mit einer möglichst großen Einsatzdauer effizient kommuniziert werden kann.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Betrieb eines Funknetzwerks gemäß den Merkmalen des Hauptanspruchs sowie durch ein Verfahren zum Aufbau eines Funknetzwerks gemäß den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 7. Weite re sinnvolle Ausgestaltungen dieser beiden Verfahren können den jeweiligen Unteransprüchen entnommen werden.
  • Erfindungsgemäß sieht ein Funknetzwerk einen zentralen Master vor, welcher als Datenquelle bzw. Datensenke für die einzelnen Knoten fungiert. Insoweit sieht das vorgeschlagene Verfahren vor, dass jeder Knoten über einen festzulegenden Kommunikationsweg durch das Netzwerk mit dem Master kommuniziert. Hierzu ist ein Zyklus vorgesehen, der den Kommunikationsablauf festlegt und welcher im Ganzen regelmäßig durchlaufen wird. Dieser Zyklus besteht aus einzelnen Zeitfenstern, von denen jedem Knoten innerhalb des Netzwerks zumindest eines zugeordnet wird, in dem der jeweilige Knoten exklusiv senden beziehungsweise empfangen soll. Soweit ein Knoten innerhalb eines Zeitfensters nicht zur Kommunikation, also zum Senden oder zum Empfangen von Nachrichten vorgesehen ist, wird dieser Knoten den ihm zugeordneten Transceiver abschalten und gegebenenfalls weitere Hardware, wie beispielsweise einen Mikrocontroller, in einen Ruhemodus verbringen, so dass der Knoten für diesen Zeitraum keine Energie für die abgeschalteten Elemente, zumindest jedoch weniger Energie für die Elemente im Ruhemodus aufbringen muss. Geht man nunmehr davon aus, dass ein Zyklus beispielsweise 80 Zeitfenster umfasst, und weiter dass der Knoten innerhalb eines Zyklus' lediglich einmal senden muss, so wird nach diesem Verfahren lediglich noch ein Achtzigstel der Energie gegenüber herkömmlichen Verfahren verbraucht. Im Ergebnis wird die Energie wesentlich längere Zeit vorhalten und eine Wartung seltener erforderlich sein.
  • Zum besseren Verständnis und zur anschaulichen Darstellung wird mit Vorteil das Kommunikationsverfahren beziehungswei se sein Ablauf mithilfe einer Matrix abgebildet. Die Matrix ist in Tabellenform angelegt, worin im folgenden der gesamte Zyklus, praktisch also die gesamte Tabelle, als "Superframe", die einzelnen Zeilen als „Frames", Halbzeilen – also Teile der einzelnen Frames – als „Blocks" und die einzelnen Tabellenspalten, also Teile der Blocks als „Slots" bezeichnet werden sollen. Ein Zyklus läuft dabei dadurch ab, dass die Matrix zeilenweise von links nach rechts bzw. von oben nach unten durchlaufen wird und nach Ablauf eines kompletten Zyklus' wieder von vorne begonnen wird.
  • Im Einzelnen entspricht dabei jeweils ein Slot eines Blocks einem Zeitfenster, in welchem jeweils nur ein einzelner Knoten des Netzwerks sendet und lediglich ein einzelner Knoten des Netzwerks empfängt. Nicht im Netzwerk angemeldete Knoten sind dabei stets auf Empfang und warten auf Signale zur Anmeldung im Netzwerk. Eine Überlagerung mehrerer Nachrichten ist damit vermieden, mit der Folge, dass innerhalb des Funknetzwerks eine geordnete Kommunikation möglich ist und Kollisionen vermieden werden. In einer Weiterbildung dieses Verfahrens werden sodann mehrstufige Kommunikationswege, etwa über zwei Knoten hinweg, innerhalb eines Blocks angeordnet, wobei jeweils der letzte Slot eines Blocks die Kommunikation zwischen dem Master und einem benachbarten Knoten darstellt, der vorletzte Slot die Kommunikation zwischen dem zum Master benachbarten Knoten und dem dahinter liegenden Knoten und so weiter bis hin zu dem Knoten, welcher initiativ eine Nachricht an den Master senden möchte. Insoweit wird für jeden Knoten des Netzwerks ein Block benötigt, welcher in jedem seiner Slots einen Schritt durch das Netzwerk auf den Master zu beinhaltet. Letzthin werden die einzelnen Blocks den jeweiligen Knoten des Netzwerks zugeordnet. Soweit einer der auf dem Weg lie genden Knoten ebenfalls eine Nachricht an den Master richten möchte, so ist auch diesem ein eigener Block zugeteilt, in welchem lediglich dessen Nachricht von Knoten zu Knoten weitergereicht wird.
  • In diesem Zusammenhang ist es ausreichend, wenn jedem einzelnen Knoten die Dimensionen der Matrix bekannt sind. Ferner wird ein Zeitsignal bzw. eine Synchronisation benötigt, so dass der jeweilige Knoten bestimmen kann, zu welchem absoluten Zeitpunkt sein eigenes Sende- beziehungsweise Empfangsfenster beginnt und endet.
  • Ein solches Funknetzwerk wird erfindungsgemäß dadurch aufgebaut, dass der jeweils letzte Knoten in einer Reihe, also derjenige Knoten dem ein Block der Matrix zugeordnet ist, noch vor der eigenen Kommunikation mit dem Master ein Anmeldesignal, ein so genanntes „Beacon", sendet. Soweit ein noch nicht im Netzwerk angemeldeter Knoten ein solches Beacon empfängt, wird dieser Knoten, um sich im Netz anzumelden, noch im selben Slot eine Antwort an den Sender des Beacons richten. In dem Beacon ist neben der Information über die Dimensionen der Matrix eine Zeitinformation enthalten, wodurch die Zeitsynchronisation des neu anzumeldenden Knotens mit dem Netzwerk erfolgen kann. Der neu angemeldete Knoten reiht sich hinter den Sender des Beacons ein, wird sich also in der Matrix in den Slot vor dem Sender des Beacons eingetragen, und diesem neuen Knoten wird der entsprechende Block nunmehr zugewiesen. Der neue Knoten übernimmt somit die Aufgabe als letzter Knoten innerhalb eines Blocks, sendet also ebenfalls seinerseits im nächst früheren Slot seines Blocks ein Beacon.
  • Soweit sich mehrere noch nicht im Netzwerk angemeldete Knoten auf ein Beacon hin melden, wird der Platz im Netzwerk nach einem CSMA-Verfahren, also einem so genannten „Carrier Sense Multiple Access"-Verfahren, vergeben. Ein solches CSMA-Verfahren beinhaltet, dass zunächst der neue Knoten für eine zufällige Zeit auf dem Funkkanal horcht, und sodann sendet, wenn der Funkkanal frei ist. Soweit in diesem Fall eine Kollision dadurch auftritt, dass zufällig zur gleichen Zeit auch ein anderer Knoten sendet, so wird der Empfänger die Anfrage nicht bestätigen. Die konkurrierenden Knoten werden dann auf ein Beacon in einem anderen Block warten.
  • Nachdem in einem Block lediglich die Nachricht des zuletzt eingetragenen Knotens an den Master übersendet wird, ist es ebenfalls notwendig, dass der vor der Neuanmeldung letzte Knoten sich einen neuen Block im Netzwerk sucht. Er wird also seinerseits auf ein Beacon antworten und einen anderen Block für sich gewinnen. Dies geht solange so weiter, bis ein freier Block von einem Knoten der ersten Ebene, also mit direktem Funkkontakt zum Master, besetzt wird.
  • In einem solchen freien Block wird stets der Master selbst in dessen letztem Slot ein Beacon senden, mit dem eine Anmeldung direkt beim Master als Vorgänger im Netzwerk möglich ist. Insoweit muss in dem Zyklus beziehungsweise in der Matrix für jeden möglichen hinzutretenden Knoten ein Block vorhanden sein, bzw. kann auch bedarfsweise von dem Master eine Erweiterung des Zyklus' beziehungsweise der Matrix durch weitere Slots, Frames oder Blocks vorgenommen werden.
  • Solange die einzelnen Knoten noch nicht im Netzwerk angemeldet sind, ist es notwendig, dass ihr Transceiver nicht in einen Ruhezustand versetzt werden, nachdem eine Zeitsynchronisation mit dem Netzwerk noch nicht stattgefunden haben kann. Dies gilt ebenfalls, soweit ein Übertragungsweg verloren geht, etwa durch einen Ausfall eines Knotens oder eine Bewegung desselben aus der Reichweite. In diesem Fall muss erneut auf ein Beacon gewartet und eine Neuanmeldung durchgeführt werden.
  • In diesem Fall kann es mithin von Vorteil sein, wenn der Ausfall einer Verbindung zwischen zwei Knoten an die höher liegenden und/oder an die tiefer liegenden Knoten weitergeleitet wird. Falls eine Verbindung zwischen zwei Knoten in einem Slot nicht zustande kommt, werden die Knoten eine Folge weiterer Versuche starten, also etwa in den nächsten, beispielsweise fünf, Zyklen erneut vergeblich versuchen, an den Master zu senden. Wird der Ausfall jedoch in Richtung der tiefer liegenden Knoten gemeldet, kann jeweils eine tiefere Ebene pro Zyklus informiert werden und ihre Neuanmeldung versuchen.
  • Bei dem Aufbau der Routen kann mit besonderem Vorteil im Falle einer schwachen Verbindung anstatt einer umgehenden Antwort auf ein Beacon auf ein späteres Beacon besserer Qualität gewartet werden.
  • Die Zeitsynchronisierung innerhalb des Netzwerks wird mit Vorteil an der Zeit des Masters ausgerichtet, um eine zentrale Zeit im Netzwerk zu haben.
  • Die Zeit wird von den Knoten mithilfe von Quarzen bestimmt und mitgezählt. Nachdem die Quarze temperaturabhängig schwingen, ist es hierbei von Vorteil, ebenfalls die Temperatur zu bestimmen und mittels einer Kennlinie die bestimmte Zeit des Quarzes zu korrigieren.
  • Um eine bessere Auslastung des vorhandenen Frequenzspektrums zu erreichen und die Zykluszeiten zu verkürzen können zudem mehrere Frequenzbänder parallel zu einander benutzt werden, wobei ein Slot hinsichtlich unterschiedlicher Frequenzbänder mehrfach vergeben werden kann.
  • Auch kann in diesem Zusammenhang im Falle eines Verbindungsverlustes mit Vorteil anstelle eines anderen Slots ein anderes Frequenzband im gleichen Slot für eine alternative Verbindung gewählt werden (so genanntes „Frequency hopping"), wobei mit Vorteil ein Algorithmus die Wahl des nächsten Frequenzbandes möglichst willkürlich bestimmt.
  • Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Route redundant angelegt wird, also für jede Route in einer Matrix eine zweite, identische oder alternative, Route vorgesehen ist.
  • Die vorstehend beschriebene Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • Es zeigen
  • 1 eine Netzwerktopologie in schematischer Darstellung sowie eine Matrix zur Darstellung des Kommunikationsablaufs, vor einem Aufbau des Kommunikationsnetzwerks,
  • 2 die Netzwerktopologie gemäß 1 in ihrem ersten Aufbauschritt,
  • 3 die Netzwerktopologie gemäß 1, nachdem sich die Knoten der ersten Ebene beim Master angemeldet haben,
  • 4 die Netzwerktopologie gemäß 1, nach dem vollständigen Aufbau des Netzwerks, und
  • 5 die Netzwerktopologie gemäß 1 nach einem Ausfall des Knotens 1 und dem darauf folgenden Neuaufbau des Netzwerks.
  • 1 zeigt die Netzwerktopologie eines Funknetzwerks mit zehn Knoten 1 bis 10 sowie einem Master M. Innerhalb des Netzwerks bilden die Knoten 1 bis 5, welche direkt in der Reichweite des Masters M liegen, die Knoten der ersten Ebene und die Knoten 6 bis 10, welche lediglich über die Knoten der ersten Ebene mit dem Master kommunizieren können, die Knoten der zweiten Ebene. Die gestrichelten Linien zwischen den einzelnen Knoten 1 bis 10 stellen die Verfügbarkeit einer Verbindung zwischen den jeweiligen Knoten 1 bis 10 dar. Soweit eine gestrichelte Linie zwischen zwei Knoten 1 bis 10 nicht vorhanden ist, besteht auch keine Verbindung zwischen diesen beiden Knoten 1 bis 10.
  • Ebenfalls in 1 dargestellt ist eine Matrix, welche den Kommunikationsablauf innerhalb des Netzwerks visualisieren soll. Die Matrix ist hierbei in fünf Frames F1 bis F5 eingeteilt, welche jeweils in zwei Blocks zerfallen. Je der Block ist wiederum in acht Slots S1 bis S8 bzw. S9 bis S16 unterteilt, wobei jeder dieser Slots eines Blocks jeweils ein Zeitfenster zum Senden bzw. zum Empfangen von Nachrichten darstellt. In der Matrix ist für jeden Knoten 1 bis 10 des Netzwerks ein Block vorzusehen, in welchem sukzessive die gesamte Route von Master M bis hin zum jeweiligen Knoten 1 bis 10 Slot für Slot eingetragen wird. Die Kommunikation wird im Ablauf dadurch geordnet, dass die Matrix zeilenweise von links nach rechts bzw. von oben nach unten durchlaufen wird. In den nachfolgenden Figuren wird die Entwicklung des Aufbaus eines solchen Netzwerks schrittweise dargestellt, wobei 4 das fertig aufgebaute Netzwerk zeigt. In diesem Zustand würde nach dem Aufbau des Netzwerks die gesamte Kommunikation ablaufen.
  • Grundsätzlich liegt der Einführung einer solchen Matrix der Gedanke zu Grunde, dass jeweils lediglich ein Knoten 1 bis 10 innerhalb eines Slots S1 bis S16 eines Blocks sendet und jeweils nur ein Knoten 1 bis 10 oder der Master M in dieser Zeit empfängt. Hierdurch ist es möglich, dass sämtliche anderen Knoten 1 bis 10 zwischenzeitlich ihre Empfangs- und Sendeeinrichtungen bzw. Transceiver in einen Ruhemodus versetzen und auf diese Weise die den Knoten 1 bis 10 üblicherweise lediglich in begrenztem Maße zur Verfügung stehende Energie einsparen.
  • 2 zeigt den ersten Schritt eines Netzwerkaufbaus, in welchem vom Master M in den jeweils letzten Slots eines jeden Blocks ein Anmeldesignal, ein so genanntes „Beacon" B eingetragen wird. In der Matrix wird hierauf die Kennung „B-M" eingetragen, was soviel bedeutet wie das vom Master M ein Beacon B gesendet wird. Auf das Anmeldesignal des Masters M können sich somit die in Reichweite liegenden, noch nicht angemeldeten Knoten mit einem Antwortsignal melden, welches mittels eines CSMA-Verfahren ausgewertet wird. Der sich durchsetzende Knoten 1 bis 10 bekommt in diesem Sinne den Zuschlag für das Beacon B, ihm wird der aktuelle Block zur Kommunikation zugewiesen. An Stelle des Beacons B wird sodann der neue Knoten 1 bis 10 eingetragen, welcher im vorangehenden Slot sodann ein eigenes Beacon zur Anmeldung weiterer, etwa außerhalb der Reichweite des Masters M liegenden, Knoten 1 bis 10 zu ermöglichen. Ein ausführliches Beispiel folgt später.
  • 3 gibt sodann das Bild des Netzwerks nach dem Anmelden der Knoten der ersten Ebene wieder, welche sich an Stelle der ersten fünf Beacons B in den Frames F1 bis F3 eingetragen haben. In den jeweils links anschließenden Slots werden im nächsten Durchgang des Zyklus sodann Beacons B von den Knoten erster Ebene 1 bis 5 ausgesendet, welche von den Knoten zweiter Ebene 6 bis 10 aufgefangen werden können. In den bislang noch nicht vergebenen Blocks sendet weiterhin der Master M ein Beacon und wartet auf die Anmeldung weiterer Knoten 1 bis 10.
  • 4 zeigt das schließlich entstehende Bild eines fertig aufgebauten Netzwerks, in dem sich auch die Knoten zweiter Ebene 6 bis 10 angemeldet haben. Beispielhaft soll hierbei erläutert werden, die sich der Knoten 10 im Netzwerk angemeldet hat. Zunächst war also vom Master M im Slot S8 in Frame 1 ein Beacon B gesendet worden. Auf dieses Beacon meldete sich Knoten 1 im Netzwerk an, so dass an Stelle des Beacons B des Masters M im Slot S8 nunmehr die Kommunikation von Knoten 1 zum Master M getreten ist. Seinerseits hat Knoten 1 im vorhergehenden, also Slot S7, ein Beacon gesendet, worauf sich wiederum Knoten 10 im Netzwerk angemeldet hat. Somit tritt an Stelle des Beacons von Knoten 1 die Verbindung zwischen Knoten 10 und Knoten 1 und Knoten 10 wird seinerseits ein Beacon B im wiederum vorhergehenden Slot S6 senden, worauf sich weitere Knoten im Netzwerk anmelden könnten.
  • Somit ist nun der erste Block des ersten Frames F1 für die Kommunikation von Knoten 10 mit dem Master M reserviert. Hierdurch benötigt Knoten 1 eine neue Verbindung zum Master, so dass er im zweiten Block von Frame F3 wieder seinerseits auf ein Beacon B des Masters M antwortete und sich an dieser Stelle in dem Netzwerk anmeldete.
  • Es ist jedoch als Alternative ebenfalls möglich, jede Route redundant auszulegen, also jeden Knoten (1 bis 10) in zwei Blocks eine Kommunikation mit dem Master (M) zu ermöglichen. In diesem Fall würde die Kommunikation des vermittelnden Knotens nicht unterbrochen und das Funknetzwerk könnte schneller auf Veränderungen reagieren. Dies würde eine Verdopplung der Matrixgröße und somit der Zykluszeiten bedeuten.
  • 5 zeigt das Netzwerk in einer veränderten Topologie, in welcher nunmehr Knoten 1 ausgefallen ist und nicht mehr für die Kommunikation zur Verfügung steht. Somit ist es notwendig, dass Knoten 10 eine alternative Route zum Master M findet, wozu sich etwa Knoten 2 anbietet. Der Ablauf entspricht im Prinzip dem zuvor diskutierten Ablauf, wobei allerdings Knoten 2 aufgrund der Tatsache, dass zwei Knoten zweiter Ebene 9 und 10 sich über Knoten 2 anmelden, das Schicksal der Neuanmeldung insgesamt zweimal ereilt, so dass Knoten 2 in insgesamt drei Blocks senden wird; zweimal in vermittelnder Position und einmal zur Übermittlung eige ner Nachrichten an den Master M. Es ist festzustellen, dass nunmehr der letzte Block in Frame F5 frei bleibt, nachdem nur noch neun Knoten im Netzwerk vorhanden sind.
  • Somit ist vorstehend ein Verfahren zum Aufbau bzw. zum Betrieb eines Funknetzwerks beschrieben, welches die Probleme des Standes der Technik dahingehend löst, dass ein Energieeffizienter Betrieb des Netzwerks dadurch ermöglicht ist, dass jeder Knoten nur zu festgelegten Zeiten senden und empfangen muss. In der jeweils verbleibenden Zeit befinden sich die Knoten in einem Ruhemodus. Durch das Weiterleiten von Nachrichten über mehrere Knoten hinweg kann ebenfalls darauf verzichtet werden, extreme Reichweiten in den Knoten zu verwirklichen und durch die vermaschte Topologie wird die Zuverlässigkeit des Netzes erhöht. Ebenfalls resultiert hieraus eine Minimierung der Latenzzeit.
  • M
    Master
    1 bis 10
    Knoten
    S1 bis S16
    Slots
    F1 bis F5
    Frames
    B
    Beacon

Claims (23)

  1. Verfahren zum Betrieb eines Funknetzwerks, bestehend aus einer Mehrzahl von, mittels eines Transceivers zum Senden und Empfangen von Nachrichten ertüchtigten, Knoten sowie einem Master (M) als Datenquelle und/oder Datensenke, wobei eine Kommunikation im Funknetzwerk zyklisch abläuft, jedem Knoten (1 bis 10) innerhalb eines Zyklus' zumindest ein Zeitfenster zum Senden und/oder Empfangen von Nachrichten zugeordnet wird und die Knoten (1 bis 10) außerhalb der ihnen zugewiesenen Zeitfenster ihren Transceiver abschalten und vorzugsweise weitere Hardware innerhalb des Knotens in einen Ruhezustand bringen.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Zyklus („Superframe") sich mittels einer Matrix abbilden lässt, worin eine Unterteilung in Zeilen („Frames"), Teilzeilen („Blocks"), nämlich vorzugsweise Halbzeilen, und Spalten („Slots") erfolgt.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Slot (S1 bis S16) einem Zeitfenster entspricht und jedem angemeldeten Knoten (1 bis 10) im Netzwerk ein Block für eine Kommunikation mit dem Master (M) zugewiesen wird.
  4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Kommunikationsverbindung zwischen zwei Knoten (1 bis 10) innerhalb eines Slots (S1 bis S16), und eine Kommunikation über mehrere Knoten (1 bis 10) hinweg innerhalb benachbarter Slots (S1 bis S16) eines Blocks stattfindet.
  5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Kommunikation über mehrere Knoten (1 bis 10) hinweg der empfangende Knoten innerhalb eines Slots (S1 bis S16) die empfangene Nachricht des Senders im nächsten Slot (S1 bis S16) an seinen Vorgänger innerhalb seiner Verbindung zum Master (M) weiterreicht.
  6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Knoten (1 bis 10) die Dimensionen der Matrix bekannt sind und ferner eine Zeitsynchronisation auf die Slots (S1 bis S16) durchgeführt ist.
  7. Verfahren zum Aufbau und/oder zum Wiederaufbau eines Funknetzwerks gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei innerhalb jedes Blocks von dem Knoten (1 bis 10), welchem der Block zugewiesen ist, in dem Slot (S1 bis S16), welcher dem Slot (S1 bis S16) zur Kommunikation mit seinem Vorgänger im Funknetzwerk vorangeht, ein Anmeldesignal („Beacon") gesendet wird, bei dessen Empfang sich in dem betreffenden Block ein neuer Knoten (1 bis 10) dadurch anmelden kann, dass auf das Beacon (B) im selben Slot (S1 bis S16) eine Antwort an den Sender des Beacons (B) übermittelt wird und der Block hierauf dem damit neu angemeldeten Knoten (1 bis 10) zugewiesen wird.
  8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein neu in das Funknetzwerk aufgenommener Knoten (1 bis 10) sodann in dem Slot (S1 bis S16), welcher seinem Aufnahmeslot (S1 bis S16) vorangeht, seinerseits ein Beacon (B) sendet.
  9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf ein Beacon (B) nach einem CSMA-Verfahren („Carrier Sense Multiple Access") geantwortet wird und der Block dem sich durchsetzenden Knoten (1 bis 10) zugewiesen wird.
  10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Knoten (1 bis 10) auf den nächsten Slot (S1 bis S16) mit einem Beacon (B) warten.
  11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Knoten (1 bis 10), welcher den Block an den neuen Knoten (1 bis 10) abgetreten hat, seinerseits ein neues Beacon (B) abwartet um sich in einem anderen Block anzumelden.
  12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in einem freien Block der Master (M) im letzten Slot (S8, S16) selbst ein Beacon (B) sendet, mithin bei einem Neustart des Funknetzwerkaufbaus zunächst in dem letzten Slot (S8, S16) eines jeden Blocks ein Beacon (B) sendet.
  13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Matrix für jeden möglichen Knoten (1 bis 10) ein Block vorgesehen ist, wobei vorzugsweise der Master (M) die Matrix, bzw. den ihr zugrunde liegenden Zyklus, bedarfsweise selbsttätig um weitere Slots, Frames oder Blocks erweitert.
  14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein nicht in einem Funknetzwerk angemeldeter Knoten (1 bis 10) seinen Transceiver bis zu einer Anmeldung nicht in den Ruhezustand versetzt.
  15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle des Verlusts eines übertragungswegs, etwa im Falle eines Defekts eines Vorgängerknotens (1 bis 10), der Knoten (1 bis 10) seinen Transceiver bis zu einer Neuanmeldung nicht in den Ruhezustand versetzt.
  16. Verfahren gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle des Verlusts eines Übertragungswegs der Verlust an die höher liegenden und/oder die tiefer liegenden Knoten gemeldet wird.
  17. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikation innerhalb des Funknetzwerks an den Zeitsignalen des Masters (M) synchronisiert wird, der Master (M) mithin für die Kommunikation im Funknetzwerk als Zeitquelle dient.
  18. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Auswahl einer Route bzw. bei der Auswahl eines Beacons die Verbindungsqualität berücksichtigt wird.
  19. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Knoten ein Quarz zur Zeitbestimmung zugeordnet ist.
  20. Verfahren gemäß Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitwert jedes Quarzes unter Berücksichtigung seiner Temperatur anhand einer Kennlinie korrigiert wird.
  21. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Frequenzbänder zur Kommunikation zur Verfügung stehen und dass jeder Slot für jedes Frequenzband vergeben werden kann.
  22. Verfahren gemäß Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verlust einer Verbindung auch ein Frequenzwechsel („Frequency hopping") durchführbar ist.
  23. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Route redundant angelegt wird, also für jede Route in einer Matrix eine zweite, identische oder alternative, Route vorgesehen ist.
DE102007055195A 2007-11-19 2007-11-19 Verfahren zum Betrieb und zum Aufbau eines Funknetzwerks Withdrawn DE102007055195A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007055195A DE102007055195A1 (de) 2007-11-19 2007-11-19 Verfahren zum Betrieb und zum Aufbau eines Funknetzwerks

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007055195A DE102007055195A1 (de) 2007-11-19 2007-11-19 Verfahren zum Betrieb und zum Aufbau eines Funknetzwerks

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102007055195A1 true DE102007055195A1 (de) 2009-05-20

Family

ID=40560816

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102007055195A Withdrawn DE102007055195A1 (de) 2007-11-19 2007-11-19 Verfahren zum Betrieb und zum Aufbau eines Funknetzwerks

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102007055195A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008032434A1 (de) 2008-07-10 2010-01-14 Garcés, David Verfahren zur Kommunikation in einem Funknetzwerk
DE102020126104A1 (de) 2020-10-06 2022-04-07 Ifm Electronic Gmbh Verfahren zur Anpassung des Sendeintervalls eines (Sensor-)Knotens (FN friend node) in einem Niederenergie-Maschennetzwerk (LPN mesh network)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008032434A1 (de) 2008-07-10 2010-01-14 Garcés, David Verfahren zur Kommunikation in einem Funknetzwerk
DE102020126104A1 (de) 2020-10-06 2022-04-07 Ifm Electronic Gmbh Verfahren zur Anpassung des Sendeintervalls eines (Sensor-)Knotens (FN friend node) in einem Niederenergie-Maschennetzwerk (LPN mesh network)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2016528B1 (de) Verfahren zum Betrieb eines RFID-Netzwerks
DE60100369T2 (de) Vorrichtung für Datenaustausch in einem drahtlosen Kommunikationssystem
WO2017009366A1 (de) Beacon und verfahren zum aufbau und zur aufrechterhaltung eines netzwerkes
EP2505029A1 (de) Verfahren zur zuordnung von zeitschlitzen zu links zwischen netzknoten eines drahtlosen vermaschten netzes
DE60130905T2 (de) Anordnung in einem verteilten steuersystem zur vergrösserung der verfügbarkeit von daten und/oder steuerbefehlen
DE4407544C2 (de) Verfahren zum Übertragen von Datenpaketsätzen und Endgerät dafür
EP4104641A1 (de) Lorawan-gateway-netzwerk und verfahren
WO2011089135A1 (de) Verfahren zur zuordnung von zeitschlitzen zu links zwischen netzknoten eines drahtlosen vermaschten netzes
DE102011081269A1 (de) Verfahren zur Netzwerkorganisation
DE102007055195A1 (de) Verfahren zum Betrieb und zum Aufbau eines Funknetzwerks
DE112013007040T5 (de) Funkkommunikationssystem und Funkkommunikationsverfahren
WO2021239274A1 (de) Verfahren, computerprogramm und sende-empfängermodul zum anpassen einer zeitsynchronisierung
DE102006024336A1 (de) Verfahren zur Installation eines hierarchischen Netzwerkes
DE102005034652B4 (de) Bussystem und Verfahren zum Betreiben des Bussystems
DE60320111T2 (de) Verfahren zur Verwaltung von einem gemeinsamen Übertragungsmitt
EP3906642B1 (de) Verfahren zur datenkommunikation und computerprogramm
DE112004000797T5 (de) Nicht interferierende gruppenbasierte Protokolle drahtloser Netzwerke
DE60128532T2 (de) Verfahren und System zum Austauschen von Informationen zwischen einer Hauptbasisstation und einer Gruppe von mobilen Stationen
EP1719291B1 (de) Verfahren, Zwischenstation sowie zentrale Steuereinrichtung zur Paketvermittelten Datenübertragung in einem selbstorganisierten Funknetzwerk
DE102010027687A1 (de) Vermaschtes Funknetz, Netzknoten, Netzwerkkoordinator und Verfahren zum Routing von Datenpaketen in einem vermaschten Funknetz
DE10354943B4 (de) Verfahren zum Betrieb einer Kommunikationsstrecke zwischen zumindest zwei Kommunikatonsendgeräten
EP3054727B1 (de) Verfahren zum übermitteln von empfangsbestätigungen bei broad- oder multicast-kommunikation
DE102011090110A1 (de) Kommunikationssystem mit Steuerung des Zugriffs auf ein gemeinsames Kommunikationsmedium
DE102006048361A1 (de) Sensor-/Aktor-Netzwerk und Verfahren zur Einrichtung eines solchen sowie ein entsprechendes Computerprogramm und ein entsprechendes computerlesbares Speichermedium
EP2119118A1 (de) Funknetz und verfahren zur datenübertragung in einem funknetz

Legal Events

Date Code Title Description
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20140603