AT508676A4 - Drahtloses telekommunikationssystem zur vernetzung ortsfester objekte - Google Patents

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Funksystem zum Aufbau eines drahtlosen, paketvermittelnden Datenübertragungsnetzwerk zum Zwecke der ortsfesten Telekommunikation basierend auf einem vermaschten Netzwerk aus einer Vielzahl baugleicher Funkanlagen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Vermaschte Netzwerke in der Theorie

Vermaschte Netzwerke ermöglichen eine dezentrale und ausfallsichere Vernetzung von Knotenpunkten (Endgeräten). In einem vermaschten Netz ist jeder Knoten mit einem oder mehreren anderen verbunden. Beispielhaft dargestellt in Fig. 3. Von einen vermaschten Netzwerk spricht man wenn keine einheitliche Netzwerktopologie anzutreffen ist und vor allem kein zentraler Knotenpunkt erkennbar ist. Die Informationen (Datenpakete) werden in einem vermaschten Netzwerk von Knoten zu Knoten weitergereicht, bis diese das Ziel erreichen. Durch die Vielzahl an möglichen Pfaden zwischen Quelle und Ziel stellt die Routenberechnung in einem vermaschten Netzwerk eine besondere Aufgabe dar. Das Internet ist vermutlich das beste Beispiel für ein vermaschtes Netz.

Vermaschte Netzwerke sind besonders in der Funktechnik anzutreffen da das Übertragungsmedium „Luft“ eine ideale Voraussetzung bietet um zeitgleich in Kontakt mit mehreren Teilnehmern zu treten. Im weiteren Verlauf werden nur drahtlos-vermaschte Netzwerke thematisiert.

Die einfachste Form eines vermaschten Funknetzwerks ist in Fig. 6 dargestellt. Hier steht jedem Knotenpunkt eine einzelne Funkschnittstelle mit einer Rundstrahlantenne für den Empfang und den Versand von Datenpaketen zur Verfügung. Durch das Weiterleiten der Datenpakete über mehrere Stationen kann die Gesamtreichweite vervielfacht werden. Da mit einer einzelnen Funkschnittstelle nur abwechselnd gesendet oder empfangen werden kann, verringert sich die Datenübertragungsrate erheblich mit zunehmender Teilnehmerzahl.

Eine weiterentwickelte Form eines vermaschten Funknetzwerks ist in Fig. 8 dargestellt.

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Beschreibung

Hier werden pro Knotenpunkt zwei Funkschnittstellen mit jeweils einer Rundstrahlantennen für die Kommunikation mit unterschiedlichen Stationen genutzt. Damit beide Funkschnittstellen unabhängig voneinander senden und empfangen können, müssen diese verschiedene Funkfrequenzen benutzen. Bei dieser Variante erhöht sich die Reichweite und der Datendurchsatz bricht mit zunehmender Teilnehmerzahl nicht ein. Da jeder Teilnehmer zwingend zwei unterschiedliche Funkfrequenzen auswählen und die verbundenen Knoten sich dieser Entscheidung anschließen müssen, gestaltet sich die Wahl des passenden Funkkanals aus einer meist sehr beschränkten Zahl zur Verfügung stehender Kanäle sehr schwierig. Das Management des Frequenzspektrums wird mit zunehmender Teilnehmerzahl- und dichte immer schwieriger. Die Versorgungsgebiete der einzelnen Funkschnittstellen überschneiden sich immer stärker wodurch gegenseitige Störungen auftreten welche nur teilweise durch intelligente Regelung der Sendeleistung und damit Einschränkung der Reichweite bewältigt werden können. Eine Verbesserung in der Funkkanalzuordnung könnte durch die Einführung eines pseudozufälligen Frequenzsprungverfahrens erzielt werden. Hierdurch entsteht eine gleichmäßige Nutzung aller Funkkanäle durch alle Stationen. Die zeitlich und räumlich simultane Belegung eines Kanals durch zwei Knoten wird umso unwahrscheinlicher je mehr Kanäle für den Frequenzsprung zur Verfügung stehen. Vermaschte Netzwerke mit Rundstrahlantennen erzeugen durch die willkürliche Ausbreitung elektromagnetischer Strahlung ein wenig kontrollierbares Umfeld indem es mit zunehmender Teilnehmerdichte schwieriger wird eine störungsfreie Kommunikation aller Verbindungen aufrecht zu erhalten.

Der Einsatz von Sektor- oder Richtantennen anstelle von Rundstrahlantennen ermöglicht eine wesentliche Erhöhung der Reichweite und/oder Datenübertragungsrate. Dargestellt ist dieser Aufbau in Fig. 7. Die eingeschränkten Abstrahlwinkel einer Sektor- oder Richtantenne erzwingen eine exakte Antennenausrichtung und gestatten nur einen Verbindungsaufbau mit Stationen innerhalb des Blickwinkels der Antenne.

Durch die Verwendung von Richtantennen auf beiden Seiten einer Funkverbindung können besonders große Entfernung und/oder Datenübertragungsraten erzielt werden da die abgestrahlte Leistung der Sendeantenne exakt auf die gegenseitige Empfangsantenne gebündelt wird und umgekehrt. Bei einer derartigen Punkt-zu-Punkt Verbindung findet nur mehr eine direkte Kommunikation zwischen den beiden Endpunkten der Richtfunkverbindung statt. Ein Aufbau eines Netzwerks ist daher nur möglich wenn jede ·♦···· ♦ · · ♦ «····· « · · • · · ♦ · · · · · ·♦ t* ·· ···« ···» ··

Beschreibung

Station zwei Richtfunkantennen besitzt. Dadurch können mehrere Stationen ähnlich einer Kette miteinander verbunden werden. Der Aufbau entspricht dem einer Bustopologie und ist in Fig. 5 dargestellt. Fällt ein Glied in der Kette aus, teilt sich diese in zwei Teilstücke und eine Kommunikation ist nur mehr sehr eingeschränkt möglich. Eine redundante Anbindung aller Teilnehmer entsteht sobald die Kette zu einem Ring geschlossen wird.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass jede Station im vermaschten Netzwerk mit drei unabhängigen Richtfunkschnittstellen ausgestattet ist. Dadurch kann zeitgleich mit bis zu drei anderen Stationen eine Verbindung aufgebaut werden. Jede dieser Richtfunkverbindungen fungiert als direkter Datentunnel zwischen zwei Stationen. Wie aus Fig. 4 zu erkennen, ist dies ausreichend um theoretisch beliebig große Netzwerke aufbauen zu können. Der ausschließliche Einsatz von drei Punkt-zu-Punkt Richtfunkverbindungen pro Station ermöglicht somit eine großflächige Vernetzung unzähliger Stationen mit besonders hohen Datenübertragungsraten. Da ein manuelles Justieren der Richtantennen auf die gewünschte Gegenseite mit wachsender Teilnehmerzahl immer aufwendiger wird, werden die Richtantennen mit einem elektromechanischen Antrieb ausgestattet um ähnlich einer Radarantenne ein Schwenken der Richtantenne in der horizontalen Ebene zu ermöglichen. Eine weitere Optimierung ist möglich indem die Antenne auch in der vertikalen Ebene und in der Polarisationsebene elektromechanisch ausgerichtet werden kann. Die hohe Leistungsfähigkeit dieses Aufbaus liegt mitunter darin begründet, dass Punkt-zu-Punkt Funkverbindungen mit besonders einfachen und effizienten Funkübertragungsprotokollen aufgebaut werden können da sich lediglich zwei Kommunikationsteilnehmer einigen müssen wer zu welchem Zeitpunkt senden darf. Steht ein ausreichend großes Frequenzspektrum zur Verfügung, können alle Punkt-zu-Punkt Funkverbindungen als besonders leistungsfähige Vollduplexverbindungen mit getrennten Sende- und Empfangswegen ausgeführt werden. Hierfür werden üblicherweise dualpolarisierte Richtantennen eingesetzt um mit einer einzelnen Antenne parallel senden und empfangen zu können. Nimmt die Zahl und Dichte der Übergabestationen in einem derartigen Aufbau zu, entsteht ein immer enger vermaschtes Netz mit durchschnittlich immer kürzeren und damit leistungsfähigeren Richtfunkverbindungen. Mit zunehmender Teilnehmerzahl steigt die Wahrscheinlichkeit dass ein neuer Teilnehmer einen Kommunikationspartner in ausreichender Nähe findet. Übergabestationen welche sich am Rande des vermaschten Netzwerks befinden, können auch Verbindungen zu Übergabestationen am gegenüberliegenden Ende des Netzwerks

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Beschreibung aufbauen sofern sich diese innerhalb der Reichweite befinden. Dadurch reduzieren sich die durchschnittlichen Pfadlängen zwischen den Übergabestationen zusätzlich.

Vermaschte Netzwerke in der Praxis

Vermaschte Funknetzwerke werden aus zumindest einem der folgenden Gründe eingesetzt: - Redundante Anbindung von Endgeräten bzw. Knotenpunkten um eine erhöhte Ausfallsicherheit zu erzielen. - Spontane Kommunikation zwischen mehreren (meist mobilen) Endgeräten durch dezentrale Konfiguration und dynamischer Routenberechnung. - Erhöhung der Gesamtreichweite bzw. Datenübertragungsrate indem die Paketweiterleitung jedes Knotenpunkts als Signalverstärkung genutzt wird.

Verschiedene Unternehmen bieten kommerzielle drahtlos-vermaschte Datenübertragungssysteme an, mit dem Ziel eine großflächige und lückenlose Funkversorgung ohne Verkabelungsaufwand zu ermöglichen. Diese Produkte ermöglichen Endgeräten wie Schnurlostelefonen, Notebooks, Datenerfassungsterminals usw. eine mobile Datenübertragung innerhalb des Versorgungsgebiets. Auch die Anbindung stationärer Endgeräte wie Videokameras wird ermöglicht. Derartige Lösungen werden in Lagerhallen, auf Betriebsgeländen oder öffentlichen Plätzen eingesetzt. Die Funktionsweise ist in Fig. 9 dargestellt. Redundante Anbindung der Netzwerkknoten haben bei diesem Einsatzszenario eine weniger hohe Relevanz. Dagegen wird eine lückenlose und ausreichend schnelle Anbindung der Endgeräte erwartet. Um diese Anforderungen zu erfüllen, wird die gesamte Netztopologie bei Aufbau und Erweiterung des Netzes sorgfältig geplant und ist nach der Inbetriebnahme praktisch keinen dynamischen Änderungen unterworfen. Daher ist auch ein Betrieb ohne dynamischer Routenberechnung möglich. Die technisch weit leistungsfähigere, jedoch oft sehr kostspielige Alternative wäre eine Kabelverbindung zu jedem Netzwerkknoten herzustellen. Die Knotenpunkte spannen wie zuvor über Rundstrahlantennen eine flächendeckende Funkwolke auf. Diese Verkabelung wird üblicherweise sternförmig ausgeführt wodurch es sich demnach nicht mehr um ein vermaschtes Netzwerk handelt. Dargestellt ist dieser Aufbau in Fig. 10.

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Beschreibung

Die vermaschte Vernetzung von Gebäuden mit Hilfe drahtlos-vermaschter Datenübertragung erfolgt maßgeblich im Umfeld privater Interessensgemeinschaften. Diese Personengruppen organisieren sich oft in Vereinen dessen Aufgabe die Koordinierung des Netzausbaus darstellt. Eine unkoordinierte Erweiterung derartiger Netze würde zu häufigen Ausfällen führen und eine ordentliche Funktion könnte auf Dauer nicht gewährleistet werden. Auf Grund ständiger Änderungen und Erweiterungen an der Netzwerktopologie ist der Aufbau von redundanten Verbindungen in diesem Einsatzszenario besonders wichtig um im Wartungs- oder Störungsfall eine Kommunikation zwischen allen Teilnehmern aufrecht erhalten zu können. Durch Einsatz lizenzfreier Datenfunktechnik kombiniert mit dynamischer Routenberechnung können vergleichsweise leistungsfähige und ausfallsichere Netze zum internen Datenaustausch oder zur Anbindung an das Internet geschaffen werden.

Ein Einsatz kommerzieller Produkte für derartige Zwecke ist abgesehen von diversen Feldversuchen nicht bekannt. Lediglich die Hauptverbindungen (der Backbone) vieler Funk-Internetanbieter oder Mobiltelefonieanbieter können untereinander vermascht ausgeführt sein zum Zwecke der Lastverteilung und Ausfallsicherheit.

Endgeräte wie zum Beispiel das XO-1 Notebook aus dem „One Laptop per Child“ Projekt können autonom ein vermaschtes Funknetzwerk aufzubauen um eine Kommunikation zwischen möglichst vielen gleichartigen Endgeräten herzustellen. Sofern möglich werden hierbei zwar redundante Verbindungen aufgebaut, trotzdem wird in Kauf genommen dass beim Ausschalten oder Standortwechsel eines einzelnen Geräts die Kommunikation im verbliebenen Netzwerk maßgeblich beeinträchtigt sein kann. Einen besonders hohen Stellenwert hat hier ein konfigurationsfreier Aufbau des vermaschten Netzwerks und die schnelle und automatische Anpassung an Veränderungen der Netzwerktopologie. Die Anzahl und Entfernung der Knotenpunkte zueinander kann und wird sich auf Grund der Mobilität der Endgeräte laufend ändern. Trotzdem stellt diese Methode eine einzigartige Möglichkeit dar um in Entwicklungsländern ohne Internetinfrastruktur eine Datenkommunikation zwischen Schülern mit ihren XO-1 Notebooks herzustellen. Die Tatsache dass hierbei nur eine unbestimmte und mit steigender Anzahl beteiligter Endgeräte stetig sinkende Datenübertragungsrate zu erwarten ist, wird bewusst in Kauf genommen.

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Beschreibung

Vermaschte Funkkommunikation wird auch in der Telemetrie eingesetzt werden um drahtlose Sensoren kostengünstig und großflächig zu vernetzen. Beispielhaft ist die drahtlos-vermaschte Vernetzung von Bojen zur Messung der Wassertemperatur möglich.

Beschreibung der Erfindung

Eine Funkanlage, in weiterer Folge „Übergabestation“ genannt, welche oberhalb (am Dach) der zu vernetzenden Objekte (Gebäude, Container, Zelt, usw.) montiert wird, ermöglicht den raschen und kostengünstigen Aufbau eines universellen, leistungsstarken und ausfallsicheren Telekommunikationssystems. Dieses System erfüllt alle Anforderungen um als „Last-Mile“ (letzter Leitungsabschnitt zum Kunden) Technologie zur hochwertigen Internet-, Telefon- und Fernsehversorgung ganzer Gemeinden eingesetzt zu werden. Weiters können weitläufige Betriebs- und Veranstaltungsgelände vernetzt werden und innerhalb kürzester Zeit leistungsstarke Datenübertragungsinfrastrukturen bei Krisen-und Katastropheneinsätzen aufgebaut werden.

Der mechanische Aufbau der Übergabestation ist in Fig. 1 skizziert und der schematische Aufbau ist in Fig. 2 dargestellt. Die Übergabestation besteht aus einer umhüllenden Kunststoffkuppel (1) in der drei Richtfunkmodule (2), ein Ortungsmodul zur Positionsbestimmung (3) mit einer omnidirektionalen Rundstrahlantenne (4), einem Terminierungsmodul (5) zum Anschluss von Endgeräten (6) und einem Verteiler (7) zur internen Verbindung aller Module verbaut sind. Jedes Richtfunkmodul (2) stellt eine Funkschnittstelle zur Kommunikation mit einem Richtfunkmodul (2) einer anderen Übergabestation zur Verfügung und verfügt über eine Kabelschnittstelle zur internen Kommunikation mit allen anderen Komponenten der Übergabestation.

Ein Richtfunkmodul (2) besteht aus einer unidirektionalen Richtantenne (8) und einer Datenverarbeitungseinheit (9) inklusive Sende- und Empfangselektronik (Mikrowellenelektronik) zur De-/Modulation des Funksignals sowie einer drehbar gelagerten Antennenhalterung (10) mit einem elektromechanischen Antrieb (11) zur Ausrichtung der Richtantenne auf eine andere Übergabestation. Der Antrieb (11) ist mit einer Steuerleitung (12) mit der Datenverarbeitungseinheit (9) verbunden welche wiederum mittels einer Datenleitung (13) mit dem Verteiler verbunden ist. Die Übergabestation kann mittels einer Masthalterung (14) auf einen vormontierten

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Beschreibung

Antennenmast aufgesteckt und fixiert werden.

Vor der Inbetriebnahme wird jeder Übergabestation eine eindeutige Stationsnummer zugewiesen. Nach dem Einschalten beginnt die Übergabestation mit Hilfe des Ortungsmoduls (3) automatisch nach benachbarten Stationen in ausreichender Nähe zu suchen. Dies geschieht indem über die Rundstrahlantenne (4) eine Anfrage mit der eigenen Stationsnummer ausgesendet wird. Alle Übergabestationen in Reichweite antworten mit ihrer Stationsnummer und der Signalstärke mit der die Anfrage empfangen wurde. Empfängt die suchende Übergabestation Antworten auf ihre Anfrage, wird die Signalstärke mit der die Antworten eintreffen aufgezeichnet. Somit steht der suchenden Übergabestation eine Auflistung aller in Reichweite befindlichen Übergabestationen sowie der jeweiligen Verbindungsqualität in beiden Funkrichtungen zur Verfügung. Aus diesen Informationen werden die am besten geeigneten Kommunikationspartner ausgewählt und der Reihe nach befragt bis eine Übergabestation einem Verbindungsaufbau zustimmt. Durch Anwendung dieses „Trial and Error“ (Versuch und Irrtum) Prinzips können alle Übergabestationen ohne Einwirkung von außen ein vermaschtes Netzwerk mit möglichst kurzen und damit leistungsfähigen Punkt-zu-Punkt Richtfunkverbindungen aufbauen.

Um nach einem Stromausfall den Verbindungsaufbau zu beschleunigen, kann jede Übergabestation alle notwendigen Informationen in einen Festspeicher schreiben um ohne erneuten Suchlauf die ursprünglichen Verbindungen wiederherstellen zu können. Weiters können Übergabestationen mittels Akkumulatoren während eines Stromausfalls für einen begrenzten Zeitraum den Betrieb aufrecht erhalten um beispielsweise Notrufe mit einem an die Übergabestation angeschlossenen Festnetztelefon durchführen zu können.

Eine Übergabestation leitet einen Verbindungsaufbau ein, indem über die Rundstrahlantenne (4) ein Verbindungswunsch an eine andere Übergabestation übermittelt wird. Diese Anfrage wird je nach Zustand der gegenüberliegenden Übergabestation mit einer Annahme oder Ablehnung beantwortet. Haben sich zwei Übergabestationen geeinigt eine Verbindung herzustellen, wird auf beiden Seiten einem Richtfunkmodul (2) angeordnet eine Verbindung mit der gegenüberliegenden Übergabestation herzustellen. Dies geschieht indem beide Richtfunkmodule (2) abwechselnd im und gegen den Uhrzeigersinn rotiert werden bis ein Erkennungssignal des gegenüberliegenden Ortungsmoduls (3) gefunden wurde. Nachdem sich beide

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Beschreibung

Richtfunkmodule (2) aufeinander ausgerichtet haben, wird eine Funkverbindung hergestellt indem ein möglichst störungsfreier Funkkanal ermittelt und eine Datenverschlüsselung vereinbart wird. Beide Richtfunkmodule (2) regulieren laufend Datenübertragungsrate und Sendeleistung entsprechend den aktuellen Anforderungen auf ein möglichst niedriges Niveau damit der von ihnen belegte Funkkanal bereits in geringer Entfernung für eine andere Richtfunkverbindung verwendet werden kann. Durch dieses Verfahren genügen bereits relativ wenige überlappungsfreie Funkkanäle um ein beliebig großes Netzwerk aufbauen zu können. Steht kein Datenverkehr an, kann eine Richtfunkverbindung in einen stromsparenden Bereitschaftszustand mit besonders niedriger Sendeleistung versetzt werden. Durch Messung der Laufzeit eines Datenpakets zu benachbarten Übergabestationen ist es möglich die eigene relative Position im gesamten Netzwerk zu ermitteln.

Nachdem eine stabile Richtfunkverbindung etabliert werden konnte, teilen beide beteiligten Übergabestationen ihren unmittelbaren Nachbarn diese Änderung an der Netztopologie mit. Empfängt eine Übergabestation eine derartige Nachricht, muss diese prüfen ob dadurch Verbindungen zu neuen Zielen oder kürzere Verbindungen zu bekannten Zielen entstehen. Ist dies der Fall müssen Änderungen an den eigenen Routingtabellen vorgenommen und Benachrichtigungen an direkt verbundene Übergabestationen gesendet werden. Wird eine Richtfunkverbindung unterbrochen, muss dies ebenfalls den direkten Nachbarn mitgeteilt werden, welche wiederum ihre Routingtabellen auf notwendige Änderungen hin überprüfen. Durch dieses Verfahren erhalten alle Übergabestationen die notwendigen Informationen um vollständige und fehlerfreie Routingtabellen anlegen zu können.

Der Verbindungsaufbau zwischen den Übergabestationen erfolgt autonom und kann von einem optionalen Kontrollsystem beobachtet werden um Störungen erkennen und melden zu können. Dennoch ist es möglich bestimmte Verbindungen durch entsprechende Konfiguration der Übergabestationen zu unterdrücken oder zu erzwingen um zum Beispiel den Aufbau einer störanfälligen oder nicht erwünschten Verbindung dauerhaft zu verhindern.

Jede Übergabestation versucht mit zwei anderen Übergabestationen eine Verbindung herzustellen da sonst mehrere Übergabestation durch den Ausfall einer einzelnen

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Beschreibung Übergabestation unerreichbar werden. Kann eine Übergabestation im Moment keinen Kommunikationspartner in Reichweite finden, wird ein bestimmter oder zufälliger Zeitraum abgewartet bis ein erneuter Suchlauf begonnen wird. In diesem Fall kann es hilfreich sein an einem günstigen Standort vorübergehend oder dauerhaft eine sogenannte „Hilfsstation“ in Betrieb zu nehmen. Diese entspricht im Aufbau und in der Funktion einer Übergabestation, jedoch sind am Terminierungsmodul (5) keine Endgeräte angeschlossen. Üblicherweise wird das drahtlos-vermaschte Netzwerk mit einem übergeordneten Netzwerk wie beispielsweise einem Firmennetzwerk, Provider-Backbone oder dem Internet verbunden. Ein Betrieb ohne ein äußeres Netzwerk ist aber ebenfalls möglich. Die Anbindung an dieses übergeordnete Netzwerk erfolgt über einen oder mehrere Einspeisepunkte an günstigen Standorten. Diese entsprechen im Aufbau und in der Funktion einer Übergabestation jedoch wird am Terminierungsmodul (5) kein Endgerät angeschlossen sondern eine Verbindung zu einem übergeordneten Netzwerk hergestellt. Der einzige Unterschied zu Übergabestationen ist, dass sich Einspeisestationen bei einem Suchlauf als solche zu erkennen geben da Einspeisestationen für Übergabestationen besonders bevorzugte Kontaktpartner darstellen. Ist eine einzelne Einspeisestation nicht ausreichend um die benötigte Datenübertragungsrate zwischen dem übergeordnetem Netzwerk und dem vermaschten Funknetzwerk zur Verfügung zu stellen, können an beliebigen Punkten weitere Einspeisestationen in Betrieb genommen werden und somit die Datenübertragungsrate vom und zum übergeordneten Netzwerk vervielfacht werden. Weiters ermöglicht der Einsatz einer Mehrzahl an Einspeisestationen auch eine redundante Verbindung zum übergeordneten Netzwerk. Stellt ein Endgerät eine Kommunikation mit dem äußeren Netzwerk her, wird der Datenverkehr automatisch über die Einspeisestation mit der geringsten Entfernung abgewickelt.

Die Datenverarbeitungseinheit (9) im Richtfunkmodul (2) entscheidet anhand von Adressierungen an den eintreffenden Datenpaketen ob diese über den Verteiler (7) an ein anderes Richtfunkmodul (2) weitergeleitet oder über das Terminierungsmodul (5) an die lokalen Endgeräte zugestellt werden müssen. Hierfür verwaltet jedes Richtfunkmodul (2) eine Tabelle mit Zuordnungen von Zieladressen zu Schnittstellen (Routingtabelle). Durch diesen Aufbau ergibt sich der Vorteil dass jedes Richtfunkmodul (2) anstatt aller eintreffender Datenpakete nur jene verarbeiten muss welche an der Funkschnittstelle

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Beschreibung empfangen und über die Kabelschnittstelle weitergeleitet werden. Für alle Datenpakete welche an der Kabelschnittstelle eines Richtfunkmoduls (2) eintreffen, muss keine Entscheidung über den weiteren Paketverlauf getroffen werden. Diese Datenpakete müssen immer über die Funkschnittstelle weitergeleitet werden. Dadurch wird es ermöglicht dass jedes Richtfunkmodul (2) nur einen Teil des gesamten Datenverkehrs einer Übergabestation bearbeiten muss. Dies gestattet eine insgesamt hohe Datenübertragungsleistung innerhalb einer Übergabestation ohne den Einsatz besonders leistungsfähiger und kostenintensiver Prozessoren zur zentralen Verarbeitung des gesamten Datenverkehrs. Weiters verteilt sich die elektrische Verlustleistung von einer zentralen Datenverarbeitungseinheit auf drei kleinere. Dadurch können aufwendige Kühlvorrichtungen entfallen.

Werden Datenpakete von einem Endgerät über ein Terminierungsmodul (5) in das Funknetzwerk eingespeist, entscheidet dieses anhand seiner eigenen Routingtabelle über welches Richtfunkmodul (2) die Daten weitergeleitet werden. Vor dem Transfer bestimmter Datenpakete kann eine virtuelle Verbindung bis zum Ziel vorbereitet werden indem alle beteiligten Übergabestationen über den anstehenden Datenverkehr informiert werden. Dies geschieht indem eine Identifikationsnummer festgelegt wird welche allen betroffenen Übergabestationen mitgeteilt wird. Optional kann hierbei auch eine Reservierung von Übertragungskapazitäten über den gesamten Pfad vorgenommen werden. Den beteiligten Übergabestationen ist nun bekannt wie Datenpakete mit einer bestimmten Identifikationsnummer zu behandeln sind. Alle betroffenen Datenpakete erhalten beim Eintritt ins Funknetzwerk vom Terminierungsmodul (5) eine Markierung mit der Identifikationsnummer. Die Datenpakete werden dann entlang des festgelegten Pfads von Übergabestation zu Übergabestation weitergereicht bis ihr Ziel erreicht wird. Vor dem Austritt aus dem Funknetzwerk wird am Zielort die Markierung von jedem Datenpaket durch das Terminierungsmodul (5) entfernt. Werden beim Aufbau einer virtuellen Verbindung mehrere Ziele angegeben, können Datenpakete in Übergabestationen dupliziert und parallel über zwei Richfunkmodule (2) weitergesendet werden. Dadurch können Datenpakete sehr effizient an mehrere oder alle Übergabestationen gleichzeitig gesendet werden.

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Claims (15)

1. ft · • · · η··· · · • ••ft ·· · ·« ·· ·· ·· «·'·· ·«·· ·· Ansprüche 1. Funksystem zum Aufbau eines drahtlosen, paketvermittelnden Datenübertragungsnetzwerk zum Zwecke der ortsfesten Telekommunikation basierend auf einem vermaschten Netzwerk aus einer Vielzahl baugleicher Funkanlagen bestehend aus einer umhüllenden Kunststoffkuppel (1) mit einer Masthalterung (14) und drei Richtfunkmodulen (2) jeweils bestehend aus einer unidirektionalen Richtantenne (8), einer Datenverarbeitungseinheit (9) mit eingebauter Mikrowellenelektronik zur De-/Modulation des Funksignals, einer drehbar gelagerten Antennenhalterung (10) mit einem elektromechanischen Antrieb (11) zur Ausrichtung der Richtantenne und einer Steuerleitung zwischen der Datenverarbeitungseinheit (9) und dem Antrieb (11), wobei jedes Richtfunkmodul (2) mittels einer Datenleitung (13) mit einem Verteiler (7) verbunden ist, welcher wiederum mit einem Ortungsmodul (3) zur Positionsbestimmung inklusive einer omnidirektionalen Rundstrahlantenne (4) und mit einem Terminierungsmodul (5) verbunden ist, welches einen Anschluss (6) für Endgeräte wie Telefone, Computer, Settopboxen, usw. zur Verfügung stellt, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Richtfunkmodul (2) eine Punkt-zu-Punkt Richtfunkverbindung mit einer anderen baugleichen Funkanlage herstellt um ein vermaschtes Datenübertragungsnetzwerk aus einer Vielzahl baugleicher Funkanlagen aufzubauen.
2. 2. Funksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede verbaute Richtantenne zusammen mit einer Datenverarbeitungseinheit und einer Mikrowellenelektronik ein Modul zur Weiterleitung von Datenpaketen zwischen einer Funkschnittstelle und einer Kabelschnittstelle bildet.
3. 3. Funksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Richtfunkmodul eine Funkschnittstelle zur Kommunikation mit einem Richtfunkmodul eines anderen baugleichen Geräts zur Verfügung stellt und über eine Kabelschnittstelle zur Kommunikation mit allen anderen Komponenten der Funkanlage verfügt.
4. 4. Funksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Funkanlage über drei voneinander unabhängige Richtfunkschnittstellen verfügt.
5. 5. Funksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Richtantenne über einen elektromechanischen Antrieb auf eine andere baugleiche Funkanlage ausgerichtet werden kann um eine Richtfunkverbindung herzustellen.
6. 6. Funksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Richtfunkmodul selbstständig über die Verteilung aller an der Funkschnittstelle eintreffenden Datenpakete entscheidet ohne diese an eine zentrale Datenverarbeitungseinheit übergeben zu müssen.
7. 7. Funksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Richtfunkmodul Seite 1 von 2 *····· · I * »··«··· « · · ···· · · · · · *· ·· *· ···· ·«·· »· Ansprüche alle Datenpakete welche an der Kabelschnittstelle ankommen ohne weitere Verarbeitung an der Funkschnittstelle weiterleitet.
8. 8. Funksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Richtfunkmodul alle Datenpakete welche an der Funkschnittstelle ankommen an eine zentrale Datenverarbeitungseinheit übergibt.
9. 9. Funksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Richtfunkmodul eine Vollduplexfunkverbindung mit Hilfe einer dualpolarisierten Antenne hersteilen kann.
10. 10. Funksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe einer Rundstrahlantenne die Umgebung nach baugleichen Funkanlagen abgesucht wird, indem über eine Rundstrahlantenne eine Anfrage ausgesendet wird und alle Funkanlagen in Reichweite auf diese Anfrage mit einer Antwort reagieren.
11. 11. Funksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die geografische Position einer Funkanlage durch Messung der Entfernung zu benachbarten Stationen über die Laufzeit eines übermittelten Datenpakets ermittelt wird.
12. 12. Funksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenausrichtung mit Hilfe eines von der gegenüberliegenden Funkanlage erzeugten Leitsignals durchgeführt wird.
13. 13. Funksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Funkanlage versucht mit zwei anderen baugleichen Funkanlagen eine Richtfunkverbindung herzustellen zum Zwecke der redundanten Anbindung an ein vermaschtes Netzwerk aus baugleichen Funkanlagen.
14. 14. Funksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Funkanlage selbstständig entscheidet mit welcher anderen Funkanlage eine Richtfunkverbindung hergestellt werden soll indem alle Funkanlagen in Reichweite anhand ihrer Signalstärke sortiert werden und mit jeder Funkanlage nacheinander versucht wird eine Verbindung aufzubauen bis eine Funkanlage dem Verbindungsaufbau zustimmt.
15. 15. Funksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle zu einem Datenstrom gehörenden Datenpakete beim Eintritt ins Funknetzwerk mit einer einheitlichen Markierung versehen werden um die Weiterleitung über einen vordefinierten Pfad durch das vermaschte Funknetzwerk zu einem oder mehreren Zielen zu beschleunigen. Seite 2 von 2