-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbau und Unterhaltung einer Mobilfunkverbindung zwischen einer Basisstation eines Mobilfunknetzes und einem Mobilfunkendgerät.
-
Die Leistungsfähigkeit der Mobilfunknetze und der entsprechenden mobilen Endgeräte (ME) hinsichtlich Datenrate und Multimediafunktionen sowie den integrierten hochauflösenden Displays steigt stetig an. Nahezu direkt proportional steigt trotz z. B. energieeffizienter Modulationsverfahren, stromsparender Displays, etc. aber auch die Leistungsaufnahme. Speziell bei Funkübertragungssystemen, welche nach dem Prinzip „Always-On” (stets betriebsbereit, d. h. immer eingeschaltet) arbeiten, kann aber die steigende Leistungsaufnahme nicht komplett durch höher kapazitive Akkumulatoren oder stromsparende Elektronik in den mobilen Endgeräten kompensiert werden.
-
Nachteilig ist somit die aufgrund der erhöhten Leistungsaufnahme geminderte Betriebsdauer und die Notwendigkeit, die Akkumulatoren mobiler Endgeräte häufig aufladen zu müssen.
-
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Ressourcen- und Energieeinsparung bei mobilen Endgeräten bereitzustellen, welches einerseits eine sehr hohe Datenrate und umfangreiche Multimediafunktionen ermöglicht, und andererseits den Energiebedarf beim Betrieb des mobilen Endgerätes absenkt, um die Betriebsdauer der mobilen Endgeräte zu erhöhen.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Besonders vorteilhaft bei dem Verfahren zum Aufbau und Unterhaltung einer Mobilfunkverbindung zwischen einer Basisstation eines Mobilfunknetzes und einem Mobilfunkendgerät ist es, dass eine Mobilfunkverbindung zwischen der Basisstation des Mobilfunknetzes und einem ersten als Master dienenden Mobilfunkendgerät aufgebaut und unterhalten wird, und dass zwischen dem als Master dienenden ersten Endgerät und zumindest einem zweiten als Client dienenden Mobilfunkendgerät eine Nahbereichsfunkverbindung zur Datenübertragung zwischen Master und Client aufgebaut und unterhalten wird.
-
Im Sinne dieser Anmeldung sind dabei die Begriffe mobiles Endgerät und Mobilfunkendgerät synonym zu verstehen, d. h. dass mit dem Begriff des Mobilfunkendgerätes jedwede Form eines mobilen Gerätes umfasst ist, welches geeignet ist, eine Mobilfunkverbindung zu einer Basisstation eines Mobilfunknetzes aufzubauen und zu unterhalten.
-
Kern des erfindungsgemäßen Verfahren ist es somit, dass mittels zusätzlicher Niedrigenergie-Funkübertragungen im Nahbereich die sonst einzelnen Funkverbindungen zwischen mobilen Endgeräten zum Mobilfunknetz durch eine Master-Client-Architektur ressourcen- und energieeffizient aufgeteilt und verwaltet wird.
-
Vorzugsweise wird mittels des als Master dienenden Mobilfunkendgerätes die Steuerung und das Routing der Daten von und/oder zu der Basisstation des Mobilfunknetzes und/oder von und/oder zu den Clients durchgeführt.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform werden mehrere Nahbereichsfunkverbindungen von dem Master parallel zu einer Mehrzahl von Clients aufgebaut und unterhalten. Alternativ oder kumulativ können zwischen mehreren Clients untereinander Nahbereichsfunkverbindungen aufgebaut und unterhalten werden. Es ist somit möglich, die Verbindungen zwischen Master und Client in einem 1:N Modus oder auch in einem N:N Modus auszuführen und aufzubauen.
-
Bei den Nahbereichsfunkverbindungen handelt es sich vorzugsweise um eine Funkverbindung nach dem NFC-Standard, RFID, Bluetooth, W-LAN, IRDA oder dergleichen.
-
Es kann somit zum Aufbau und zur Unterhaltung der Nahbereichsfunkverbindung zwischen Master und Client auf einen Nahbereichsfunkstandard zurückgegriffen werden, der eine Funkübertragung im Nahbereich bei geringer Leistungsaufnahme gestattet, um somit die Betriebsdauer des mobilen Endgerätes auch während einer aufgebauten Funkverbindung gegenüber einer Mobilfunkverbindung zu einer Basisstation eines Mobilfunknetzes deutlich zu erhöhen.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren kann derart ausgeführt sein, dass mehrere Ebenen betrieben werden, indem ein Client einer höheren Ebene gleichzeitig als Master der nächsten niedrigeren Ebene mit einem oder mehreren weiteren Clients dient. Hierdurch ist es möglich, mehrere Priorisierungsebenen einzuführen und je nach Bedarf zu betreiben.
-
Vorzugsweise werden solche Endgeräte, die aktuell und/oder nach Ablauf einer festlegbaren Zeitspanne ohne Datenübertragung derzeit nicht in einem Funkübertragungsmodus befindlich sind, in einen Bereitschaftsmodus versetzt. Es können somit sowohl als Client dienende Endgeräte und/oder solche Endgeräte, die als Master einer niedrigeren Ebene dienen, in einen Bereitschaftsmodus versetzt werden, wenn aktuell und/oder während einer festlegbaren Zeitspanne keine Datenübertragung erfolgt/erfolgte.
-
Wenn ein mobiles Endgerät in einen Bereitschaftsmodus (englisch: Idle-Mode) versetzt wurde, kann dieses beispielsweise durch Aussenden eines entsprechenden Signals vom Master an den Client aufgeweckt und je nach Konfiguration in den normalen Mobilfunkmodus und/oder in den Niedrigenergiefunkmodus versetzt werden.
-
Alternativ oder kumulativ kann das im Bereitschaftsmodus befindliche mobile Endgerät auch durch den Benutzer des Gerätes durch einen Tastendruck oder durch ein Berühren des Gerätes, welches aufgrund von kapazitiven, resistiven, thermischen Sensoren, Sensoren zu Lumen-Messungen oder vergleichbaren Verfahren oder Sensorik das Berühren des Gerätes detektiert und hierdurch das Gerät aus dem Bereitschaftsmodus aufweckt und je nach Konfiguration in den normalen Mobilfunkmodus oder in den Niedrigenergienahbereichsfunkmodus versetzt.
-
Alternativ oder kumulativ ist es auch möglich, das Gerät mit Gyrosensoren, Beschleunigungssensoren oder dergleichen auszurüsten, um es zu detektieren, wenn der Benutzer das Endgerät bewegt oder schüttelt, um so das Gerät aus dem Bereitschaftsmodus (englisch: Idle-Mode) in den Betriebsmodus zu versetzen und je nach Konfiguration in den normalen Mobilfunkmodus zu wechseln oder in den Niedrigenergiefunkmodus.
-
Die Erfindung wird anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:
-
1: eine schematische Darstellung der Funkverbindungen zwischen mobilen Endgeräten zum Mobilfunknetz und einer zusätzlichen energieeffizienten Nahbereichsfunkverbindung in Master-Client-Architektur;
-
2: Alternative Konfigurationen der Verbindungen zwischen Master und Clients;
-
3: mehrere Priorisierungsebenen in einer ersten Konfiguration;
-
4: mehrere Priorisierungsebenen in einer zweiten Konfiguration;
-
5: ein Ablaufschema beim Betrieb einer Nahbereichsfunkverbindung zwischen Master und Client;
-
6: ein Ablaufschema des Umschaltens von einem Bereitschaftsmodus in den Betriebsmodus und dem Aufbau einer Nahbereichsfunkverbindung.
-
In 1 ist ein Schema der Funkverbindungen zwischen Mobilfunkendgeräten ME und einer Basisstation 1 des Mobilfunknetzes dargestellt. Die Basisstation 1 des Mobilfunknetzes verfügt über die entsprechende Einrichtung 2 mit der Steuerlogik des Mobilfunknetzes.
-
Zwischen des Mobilfunksendestation 1 des Mobilfunknetzes und den verschiedenen Mobilfunkendgeräten ME werden Mobilfunkverbindungen aufgebaut, wie sie durch die Pfeile 7 mit Punkten dargestellt sind.
-
Ein bestimmtes Mobilfunkendgerät ME, welches über eine normale Mobilfunkverbindung 7 mit der Basisstation 1 verbunden ist, wird dabei als Master 3 betrieben. Zwischen dem Master 3 und den Clients 4, 5, bei denen es sich ebenfalls um gewöhnliche Mobilfunkendgeräte Mobilfunkengeräte ME handelt, wird eine Nahbereichsfunkverbindung 8 aufgebaut, wie sie durch die Pfeile 8 mit Wellenlinien angedeutet ist. Es wird somit ein Verbund 6 von verschiedenen Mobilfunkengeräten 3, 4, 5 in Niedrigenergiefunkverbindung eingerichtet, wobei ein Mobilfunkendgerät 3 als Master und zwei weitere Mobilfunkendgeräte 4, 5 als Clients eingerichtet werden, wie in dem in 1 gezeigten Beispiel dargestellt.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren, welches in 1 schematisch dargestellt ist, sieht somit eine zusätzliche Funkübertragung über eine Nahbereichsfunkverbindung 8 wie NFC oder RFID respektive Funklösungen bzw. Bluetooth, W-LAN, IRDA oder dergleichen vor, welche aufgrund der geringeren erforderlichen Sendeleistung wesentlich energiesparender ist, als eine normale Mobilfunkverbindung 7, wie sie zwischen dem Master 3 und der Mobilfunksendestation 1 eingerichtet und unterhalten wird. Anstatt die Signale zwischen Basisstation 1 des Mobilfunknetzes zu den einzelnen mobilen Endgeräten 4, 5 und umgekehrt mittels der durch das Mobilfunknetz bereitgestellten Mobilfunktechnologie wie beispielsweise GSM, UMTS, LTE, etc. zu senden und aufrechtzuerhalten, wird ein Gerät als Master 3 deklariert, welches die Kommunikation zu einem oder mehreren Clients 4, 5 verwaltet. Dieser Master 3 übernimmt nicht nur die komplette Kommunikation zum Mobilfunknetz 1, sondern auch die Steuerung und das Routing der Daten von oder zu Mobilfunknetz 1 von oder zu den Clients 4, 5, solange die Clients 4, 5 sich im Nahbereichsfunkübertragungsmodus, d. h. im Bereich 6, befinden.
-
Wie in den 2a und 2b dargestellt können die Verbindungen zwischen Master und Client dabei in 1:N-Modus (2a) oder auch in einem N:N-Modus (2b) ausgeführt sein. Eine Konfiguration der Verbindungen gemäß 2a im 1:N-Modus eignet sich vor allem bei vielen Geräten, welche sich in einem Stand-by-Betrieb, Bereitschaftsmodus (englisch Idle-Mode) etc. befinden.
-
Eine Konfiguration der Verbindungen im N:N-Modus gemäß 2b eignet sich vor allem bei geringem Datentransfer.
-
Wie in den 3 und 4 dargestellt, können dabei mehrere Priorisierungsebenen 10, 10'; 20, 20'; 30, 30' eingerichtet und betrieben werden, wie dies in den 3 und 4 beispielhaft für verschiedene Verbindungsmodi dargestellt ist.
-
In 3 ist das als Master 1a dienende Mobilfunkendgerät gleichzeitig als Client 1a usw. bezeichnet. Hierdurch soll verdeutlicht werden, dass durch das Routing im Nahbereichsfunknetz z. B. der Master 1a aus Sicht des Masters 1 eigentlich ein Client ist (Client 1a). Aus der Sicht des Client 1a1 bzw. Client 1a2 der Priorisierungsebene 30 handelt es sich jedoch um deren Master mit der Bezeichnung Master 1a usw.
-
Es werden somit Priorisierungsebenen 10, 20, 30 gebildet, wobei die Clients der Priorisierungsebene 20 gleichzeitig jeweils einen Master der Priorisierungsebene 30 bilden. Die Priorität der gerouteten Daten zu oder vom Mobilfunknetz im Nahbereichsfunknetz ergibt sich somit z. B. mit hoher Priorität der Priorisierungsebene 10, mit mittlerer Priorität der Priorisierungsebene 20 und mit niedriger Priorität der Priorisierungsebene 30.
-
In 4 ist eine alternative Betriebsweise dargestellt, wobei auch hier 3 Priorisierungsebenen 10', 20', 30' eingerichtet und betrieben werden. Dabei ist in 4 z. B. Master 1c gleichzeitig Client 1c, Client 1a1, Client 1b1 usw., da die Mobilfunkendgeräte gemäß der Darstellung in 4 untereinander zu einer N:N-Matrix geschaltet sind. Die Priorität wechselt entsprechend der jeweiligen Konfiguration und dem sich ergebenen Routing zwischen mittel und niedrig usw. Die Konfiguration für das Routing gemäß 4 ist somit komplexer als bei der Priorisierung gemäß 3.
-
Erfolgt z. B. eine Kommunikation durch die entsprechende Konfiguration bedingt direkt zwischen Master 1 und Master 1c, welche aus Sicht von Master 1 eigentlich ein Client 1c ist, werden die Daten mit der Priorität mittel geroutet. Wird aber z. B. eine Kommunikation durch entsprechende Konfiguration bedingt zwischen Client 1a1 über Master 1b nach Master 1 hergestellt, so werden die Daten mit der Priorität niedrig geroutet, da keine direkte Verbindung mittlerer Priorität, sondern nur eine indirekte Verbindung niedriger Priorität über einen Vermittler geschaltet wird.
-
Die Verbindungen zwischen Master und Client können somit wie dargestellt in einem 1:N Modus oder auch im N:N Modus ausgeführt sein. Bei besonders großem Datenvolumen oder wenn Anforderungen an eine besonders geringe Zeitverzögerung besteht, kann jedoch auch dynamisch bei den mobilen Endgeräten in den normalen Mobilfunkbetriebsmodus umgeschaltet und ggf. wieder Retour in den energiesparenden Nahfunkverbindungsmodus geschaltet werden.
-
Die mobilen Endgeräte, welche als Client oder auch als Master einer nachgeordneten Priorisierungsebene konfiguriert sind, können in einem Standby-Betrieb oder Bereitschaftsmodus (englisch Idle-Mode) etc. versetzt werden. Nachfolgend wird dieser Modus als Bereitschaftsmodus bezeichnet. Da sich die mobilen Endgeräte die meiste Zeit im Bereitschaftsmodus befinden, ist dieses auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zweckmäßig anzuwenden. Zum Umschalten in den Betriebsmodus kann ein entsprechendes Signal vom Master an die Clients gesendet werden, wenn der Master ein entsprechendes Paging (Rundruf) vom Mobilfunknetz erhält. Das mobile Endgerät wird aus dem Bereitschaftsmodus aufgeweckt und je nach Konfiguration in den normalen Mobilfunkmodus oder in den Niedrigenergienahbereichsfunkmodus versetzt.
-
Alternativ oder kumulativ ist es auch möglich, dass der Benutzer das mobile Endgerät berührt, welches aufgrund von kapazitiven, resistiven, thermischen Sensoren oder Lumenmessungen oder vergleichbaren Sensoren das Berühren durch den Benutzer erkennt und das Gerät aus dem Bereitschaftsmodus aufweckt und je nach Konfiguration in den normalen Mobilfunkmodus oder in den Niedrigenergienahbereichsfunkmodus versetzt.
-
Alternativ oder kumulativ ist es auch möglich, dass der Benutzer das mobile Endgerät bewegt oder schüttelt, welches dieses aufgrund von Gyrosensoren, Beschleunigungssensoren oder dergleichen erkennt und detektiert und das Gerät aus dem Bereitschaftsmodus aufweckt und je nach Konfiguration in einen der vorgesehenen Betriebsmodi wie den normalen Mobilfunkmodus oder aber den Niedrigenergienahbereichsfunkmodus versetzt.
-
In 5 ist dargestellt ein Ablaufschema beim Versetzen eines Mobilfunkendgerätes in den Bereitschaftsmodus.
-
Bei Start des Ablaufs gemäß 5 im Schritt 100 befindet sich das Mobilfunkendgerät im Bereich einer Nahbereichsfunkverbindung.
-
Im nächsten Schritt 110 wird zunächst überprüft, ob das Mobilfunkendgerät für eine Nahbereichsfunkverbindung ausgerüstet ist. Falls nein, erfolgt im Schritt 120 die Umschaltung in den Bereitschaftsmodus.
-
Falls ja, wird im Schritt 130 überprüft, ob die Nahbereichsfunkfunktion am Mobilfunkendgerät eingeschaltet, also in Bereitschaft ist. Falls nein, wird das Mobilfunkendgerät im Schritt 140 in den Bereitschaftsmodus versetzt.
-
Falls ja, wird im Schritt 150 die Konfiguration des Mobilfunkendgeräte als Master und/oder Client vorgenommen.
-
Im nächsten Schritt 160 erfolgt die Konfiguration der Mobilfunkendgeräte der Priorisierungsebenen sowie das Routing.
-
Im nächsten Schritt 170 erfolgt das Umschalten des Mobilfunkendgerätes in den Nahbereichsfunkmodus, d. h. in den Niedrigenergiefunkmodus.
-
Im Schritt 180 wird überprüft, ob ein Datentransfer vom Mobilfunkendgerät zum oder vom Mobilfunknetz erfolgt. Falls ja, wird im Schritt 190 überprüft, ob die Performance, d. h. die Qualität der Funkverbindung für den Datentransfer ausreichend ist. Wenn nein, erfolgt im Schritt 200 eine Rekonfiguration der Mobilfunkendgeräte der Priorisierungsebene sowie des Routings und im darauf folgenden Schritt 210 eine erneute Überprüfung, ob nunmehr die Performance für den Datentransfer vom und zum Mobilfunkendgerät ausreichend ist.
-
Falls nein, erfolgt im Schritt 220 ein Umschalten des Mobilfunkendgerätes in den normalen Mobilfunkmodus zur Nutzung einer Mobilfunkeverbindung mit einer ggf. größeren Bandbreite für den Datentransfer.
-
Sofern die vorherigen Überprüfungen im Schritt 190 respektive im Schritt 210 ergeben haben, dass die Performance für den Datentransfer ausreichend ist, erfolgt im Schritt 230 der entsprechende Datentransfer des Mobilfunkendgerätes zum oder vom Mobilfunknetz unter Nutzung der Nahbereichsfunkverbindung und unter Zwischenschaltung eines als Master dienenden Mobilfunkendgerätes.
-
Im Schritt 240 wird überprüft, ob über einen definierten Zeitraum kein Datentransfer erfolgte. Falls ja, erfolgt im Schritt 250 die Umschaltung des Mobilfunkendgerätes in den Bereitschaftsmodus.
-
In 6 ist wiederum dargestellt der Übergang vom Bereitschaftsmodus in den Modus der Nahbereichsfunkverbindung.
-
Im Schritt 300 befindet sich das Mobilfunkendgerät im Bereitschaftsmodus.
-
Im Schritt 310 wird überprüft, ob das Mobilfunkendgerät für den Bereitschaftsmodus konfigurierbar ist. Falls nein, arbeitet das Mobilfunkendgerät im Schritt 320 im normalen Mobilfunkbetrieb.
-
Falls ja, wird im Schritt 330 überprüft, ob das Mobilfunkendgerät aktuell für den Bereitschaftsmodus vorgesehen ist, d. h. dass der Bereitschaftsmodus am Mobilfunkendgerät eingeschaltet ist. Falls nein, arbeitet das Mobilfunkendgerät im Schritt 340 im normalen Mobilfunkbetrieb.
-
Falls ja, erfolgt im Schritt 350 das Umschalten des Mobilfunkendgerätes in den Bereitschaftsmodus.
-
Im Schritt 360 wird überprüft, ob ein entsprechendes Signal vom Master an den Client gesendet wurde und/oder ob im Schritt 370 ein Berühren oder eine Betätigung eines Benutzers am Mobilfunkendgerät erfolgt ist. Falls ja, erfolgt im Schritt 380 das „Aufwecken” des Mobilfunkendgerätes und Schritt 390 das Ausbauen und Unterhalten einer Nahbereichsfunkverbindung vom Mobilfunkendgerät als Client zu einem Master.
-
Die besonderen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen in dem enormen Ressourcen- und Energiesparpotential, welches sich vor allem durch das umschalten in den Bereitschaftsmodus sowie die Nutzung von Nahbereichsfunkverbindungen zum Datentransfer ergibt, da hierdurch gegenüber einem Betrieb in einer normalen Mobilfunkumgebung eine extreme Energieeinsparung ergibt. Hieraus resultieren längere Bereitschaftszeiten der Mobilfunkendgeräte. Mobilfunkoperatoren können aufgrund von optionalen Statistiken die Netzplanung optimieren um optimierte Lösungen anzubieten.
-
Das Verfahren kann ebenso bei normalem Mobilfunkbetrieb (GSM, UMTS, LTE, etc.) sowie bei W-LAN, WIMAX etc. angewendet werden, um entsprechend ressourcen- und energieeffizienter die Funktionen der mobilen Endgeräte zu steuern.
-
Vorzugsweise werden die Daten über die Zeitdauer im normalen Mobilfunkmodus mit und ohne Bereitschaftsmodus sowie im Nahbereichsfunkmodus für Mobilfunkoperatoren nutzbar gemacht. Auch ist es möglich, das Verfahren ebenso über eine Mittelstation einzusetzen, gekennzeichnet in 1 als H(e)NB (Gerät in Mobilfunknetzen, welches als Home NodeB (HNB) und Home eNodeB (HeNB) ausgeführt ist).
