DE102006016800A1 - Measurement technology-aided iterative method for assembling optimal wireless network in building, involves determining spatial arrangement of access points to arrange user-specifically required wireless local area network- link in building - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein messtechnisch unterstütztes iteratives Verfahren zum Zweck des Aufbaus eines optimalen drahtlosen Netzwerks in einem Gebäude mit Hilfe eines 3D-Modells dieses Gebäudes und empirischer Modelle zur Ermittlung der relevanten Performance-Parameter unter Berücksichtigung der lokal differenzierten räumlichen Ausbreitungseigenschaften der Funkwellen gemäß der Lehre nach Patentanspruch 1.The The invention relates to a metrologically assisted iterative method for the purpose of building an optimal wireless network in a building with Help of a 3D model of this building and empirical models to determine the relevant performance parameters under consideration the locally differentiated spatial Propagation characteristics of radio waves according to the teaching of claim 1.
Zum Aufbau hochverfügbarer drahtloser Netzwerke (WLAN) wird gemäß dem Stand der Technik auf Verfahren zurückgegriffen, die aus dem Bereich der Funknetzplanung unter Beachtung einer Vielzahl von Funkzellen vorbekannt sind. Dabei wird ausgehend von einem Senderstandort unter Beachtung der Ausbreitungsverhältnisse analysiert, ob und gegebenenfalls mit welchen Einschränkungen eine signifikante Anzahl von Nutzern versorgt werden kann.To the Construction of highly available Wireless networks (WLAN) is in accordance with the prior art Method used, from the field of radio network planning under consideration of a variety are already known by radio cells. It is based on a transmitter location analyzed considering the dispersion conditions, if and if necessary with what restrictions a significant number of users can be supplied.
Führt man Messungen für die WLAN-Planung nur mit einem WLAN-Client durch (wie es bei anderen Verfahren üblich ist), so erreicht man eine undefinierte (oft niedrige) Messgenauigkeit und Reproduzierbarkeit. Der Grund dafür ist, dass einerseits für einen WLAN-Client keine Messgenauigkeit im Standard (IEEE 802.11b, Seite 150) spezifiziert ist und andererseits bei solchen Messungen lokale Signalschwankungen des Signalpegels nicht berücksichtigt werden.Leading Measurements for the WLAN planning only with a WLAN client through (as with other Procedure usual is), one achieves an undefined (often low) measurement accuracy and reproducibility. The reason is that on the one hand for a WLAN client no measurement accuracy in the standard (IEEE 802.11b, page 150) and, on the other hand, local in such measurements Signal fluctuations of the signal level are not taken into account.
Diese Planung erfolgt jedoch ohne Berücksichtigung des späteren realen Datenverkehrs und möglicher Beeinflussungen der in der jeweiligen Zelle aktiven Clients.These Planning is done without consideration later real traffic and possible Influencing the clients active in the respective cell.
Überträgt man diese Methoden der Funknetzplanung auf die Konzeption von WLAN-Systemen, dann gelingt eine Optimierung des Aufbaus derartiger Netzwerke insbesondere innerhalb von Gebäuden nur unzureichend mit der Folge, dass im Nachhinein aufwendige Zusatzinstallationen vorgenommen werden müssen oder Unzulänglichkeiten hinsichtlich des Datenverkehrs und der Übertragungsrate zu akzeptieren sind.If you transfer these Methods of radio network planning on the design of WLAN systems, then succeeds in optimizing the structure of such networks in particular inside buildings only inadequate with the result that in retrospect elaborate additional installations must be made or inadequacies regarding traffic and transmission rate to accept.
Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein weiterentwickeltes, messtechnisch gestütztes Verfahren zur Erstellung eines dreidimensionalen Modells eines Gebäudes zum Zweck des Aufbaus eines optimalen drahtlosen Netzwerks in diesem Gebäude unter Berücksichtigung der lokal differenzierten räumlichen Ausbreitungseigenschaften der Netzwerk-Funkwellen anzugeben, wobei das Netzwerk im späteren Betrieb komplexe und vielseitige Nutzeranforderungen hinsichtlich Ausleuchtung, Bandbreite und weiterer Parameter erfüllt und die notwendigen Redundanzen sicherstellt.Out It is therefore the object of the invention to provide a further developed, metrologically supported Method for creating a three-dimensional model of a building for Purpose of building an optimal wireless network in this building considering the locally differentiated spatial Propagate propagation characteristics of the network radio waves, wherein the network in the later Operating complex and versatile user requirements regarding Illumination, bandwidth and other parameters met and Ensures the necessary redundancies.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch ein Verfahren in seiner Definition gemäß der Lehre nach Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.The solution The object of the invention is achieved by a method in his Definition according to the teaching according to claim 1, wherein the dependent claims at least expedient embodiments and represent further education.
Demnach wird erfindungsgemäß zunächst eine Eingabe des jeweiligen Gebäudemodells, gegebenenfalls unter Beachtung der Etagen sowie der Materialeigenschaften bauseits verwendeter Stoffe vorgenommen.Therefore is inventively first Input of the respective building model, if necessary taking into account the floors as well as the material properties materials used by the customer.
In einem nächsten Schritt wird ein Festlegen von vorläufigen Installationspunkten mindestens eines WLAN-Accesspoint im Gebäude realisiert.In one next Step will be to set preliminary installation points realized at least one WLAN access point in the building.
Im nächsten Schritt erfolgt der Aufbau des WLAN-Accesspoint im strahlungsseitig auszuleuchtenden Gebäude und das Bilden eines Testnetzwerks mit realem Datenverkehr.in the next Step is the construction of the wireless access point in the radiation side to be illuminated building and forming a test network with real traffic.
Dann wird der Datenverkehr mittels eines WLAN-Client erzeugt, wobei der WLAN-Client auf minimale Sendeleistung zum sicheren Erfassen des messtechnisch relevanten WLAN-Accesspoint im Gebäude eingestellt ist.Then the traffic is generated by means of a WLAN client, wherein the WLAN client to minimum transmission power for safe recording of the metrological relevant WLAN access point is set in the building.
Unter Beachtung dieser Voraussetzungen wird dann eine Kanalleistungsmessung bei realem Datenverkehr an einer Vielzahl von definierten Stellen im Gebäude mit einer Zeitdauer je akquirierter Messung von mindestens 60 Sekunden vorgenommen. Die erhaltenen Messwerte werden mit ihren jeweiligen Ortskoordinaten abgespeichert.Under Observation of these requirements then becomes a channel power measurement in real traffic at a variety of defined locations inside the building with a period of time of at least 60 seconds acquired per measurement performed. The obtained measured values are with their respective Location coordinates stored.
An denselben definierten Stellen im Gebäude erfolgt dann ein Durchführen von Messungen des jeweiligen Signal-Rausch-Verhältnisses (SNR) und des WLAN-Datendurchsatzes, und zwar mittels des realen WLAN-Client. Auch diese Messwerte werden abgespeichert.At then the same defined locations in the building is carried out by Measurements of the respective signal-to-noise ratio (SNR) and the WLAN data throughput, namely by means of the real WLAN client. These measured values are also saved.
Unter Rückgriff auf die gespeicherten Messwerte erfolgt das Erstellen eines Modells, welches die Ausbreitungsverhältnisse im Gebäude simuliert. Hierbei werden die gegenseitigen Abhängigkeiten zwischen Datendurchsatz, SNR-Wert und der maximalen effektiven Kanalleistung berücksichtigt. Ebenfalls fließt in das Modell die vollzogene Berechnung von Signal- und Interferenzpegeln ein.Under recourse the saved measurements are created by creating a model which the propagation conditions inside the building simulated. Here, the interdependencies between data throughput, SNR value and maximum effective channel power. Also flows into the model the completed calculation of signal and interference levels one.
Mit Hilfe des erstellten Modells erfolgt dann eine endgültige Bestimmung der räumlichen Anordnung von Accesspoints zum Aufbau der kundenspezifisch erforderlichen WLAN-Links im Gebäude.With Help of the created model then takes a final determination the spatial Arrangement of access points to build up the customer-specific required Wi-Fi links in the building.
Zur Optimierung der Messungen sowie zum Erhalt reproduzierbarer Messwerte in den aufeinander folgenden Messschritten können die Messungen mittels Messwagen und automatischer Datenakquise entlang einer vorgegebenen Route automatisch durchgeführt werden.To optimize the measurements and to obtain reproducible measurements in the Aufeinan In the following measuring steps the measurements can be carried out automatically by means of measuring carriages and automatic data acquisition along a given route.
In Ausgestaltung der Erfindung können an allen vorgesehenen Installationspunkten WLAN-Accesspoints installiert und die entsprechenden Messungen wie vorbeschrieben durchgeführt werden.In Embodiment of the invention can WLAN access points installed at all intended installation points and the corresponding measurements are carried out as described above.
Aus einer Vielzahl von durchgeführten Messungen an oder in realen Gebäuden mit unterschiedlicher Konfiguration und unterschiedlichen Baustoffen oder Baumaterialien ist erfindungsgemäß eine Datenbank erstellbar, um zu einem späteren Zeitpunkt auch Ausbreitungsprognosen für noch nicht realisierte Gebäude durchführen zu können.Out a variety of performed Measurements on or in real buildings with different configuration and different building materials or building materials is inventively a database created, to a later Time also propagation forecasts for not yet realized building to perform can.
Bevorzugt wird vor dem Akquirieren von auswerterelevanten Messdaten eine Überprüfung auf möglicherweise vorhandene Störer mittels Scanning oder Spektrumsanalyse vorgenommen.Prefers will check for potential prior to acquiring report-related metrics existing interferers made by scanning or spectrum analysis.
Wenn die Schritte zur Bestimmung der räumlichen Anordnung von Accesspoints und die Durchführung der Messungen im realen Datenverkehr wiederholt und iterativ ausgeführt werden, läßt sich eine Optimierung der WLAN-Konfiguration erreichen.If the steps to determine the spatial arrangement of access points and the implementation the measurements in real traffic are repeated and iterative, let yourself achieve an optimization of the WLAN configuration.
Zusammenfassend ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren den Aufbau hochverfügbarer WLANs unter Beachtung komplexer und unterschiedlicher Nutzeranforderungen. Mit dem vorgestellten Verfahren kann das simulierende Ausbreitungsverhältnis im Gebäude quasi kalibriert werden, indem reale Messwerte Beachtung finden, so dass insgesamt eine hohe Genauigkeit der Prognose erwarteter Signalpegel erreichbar ist. Wenn die beschriebene Datenbank vorliegt, kann eine WLAN-Planung für noch nicht erstellte Gebäude vorgenommen werden mit dem Vorteil, dass eine Kostenersparnis bei Kabelverlegung und eine exaktere Kostenabschätzung für das WLAN gegeben ist.In summary allows the inventive method the structure of highly available WLANs considering complex and different user requirements. With the presented method, the simulating propagation ratio in the building be quasi calibrated by taking real measurements into account, so that overall a high accuracy of the forecast is expected Signal level is reached. If the described database exists, can be a wifi planning for not yet created building be made with the advantage that a cost savings in Cable routing and a more accurate cost estimate for the WLAN is given.
Ebenfalls kann unter Beachtung der realen Messwerte bei der Modellierung des Netzwerks eine Berücksichtigung verschiedener, aus architektonischer Sicht zugelassener Antennenstrukturen erfolgen.Also can take into account the real metrics in modeling the Network a consideration various architecturally approved antenna structures respectively.
Wenn die simulierten Daten der Ausbreitungsverhältnisse in das dreidimensionale Gebäudemodell implementiert werden, ist eine einfache und überzeu gende Darstellung gegeben, die für den späteren Nutzer des Systems und den Auftraggeber von Vorteil ist.If the simulated data of the propagation conditions in the three-dimensional building model implemented, a simple and convincing presentation is given, the for later Users of the system and the client is beneficial.
Es hat sich gezeigt, dass bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Reduzierung der Anzahl notwendiger Accesspoints im Vergleich zum konventionellen Einsatz um bis 30% bis 50% möglich wird.It has been shown that when using the method according to the invention a reduction in the number of necessary access points compared to conventional use by up to 30% to 50% is possible.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.The Invention will be explained below with reference to an embodiment.
Als Basis zur WLAN-Konzipierung dient das erfindungsgemäße iterative Verfahren zur Planung des WLANs, welches eine hohe Genauigkeit im Vergleich zu konventionellen Verfahren, basierend auf reiner Funknetzplanung, erzielen läßt.When Basis for the WLAN design is the inventive iterative Method for planning the WLAN, which is a high accuracy in the Compared to conventional methods, based on pure radio network planning, achieve.
Die Prognose des Signalpegels erfolgt mit Hilfe einer Simulations-Software, die auf eine gedachte strahlenoptische Ausbreitung zurückgreift. Um die gewünschten hohen Genauigkeiten in der Prädiktion zu erreichen, wird eine spezielle Messungsabfolge genutzt, so dass auch weitere wichtige Parameter der WLAN-Links prognostizierbar werden.The Prediction of the signal level is done with the help of a simulation software, which relies on an imaginary optical radiation propagation. Around the desired high accuracies in the prediction To achieve a special measurement sequence is used, so that also other important parameters of the WLAN links can be predicted become.
Die Messungen werden mit Hilfe eines Spektrumanalysators und einer Messantenne sowie eines WLAN-Accesspoint und eines WLAN-Client durchgeführt. Vor den durchzuführenden Messungen ist ein WLAN-Accesspoint mit den zum Einsatz geplanten Antennen provisorisch in der auszuleuchtenden Halle bzw. im auszuleuchtenden Gebäude zu installieren.The Measurements are made using a spectrum analyzer and a measuring antenna and a Wi-Fi access point and a Wi-Fi client. In front the one to be carried out Measurements is a WLAN access point with the antennas planned for use provisionally in the hall to be illuminated or to be illuminated building to install.
Der Accesspoint wird dann entweder an ein LAN oder über ein Cross-Over-Kabel an einen Rechner angeschlossen, um ein Test-Netzwerk zu realisieren. Der Test-Laptop mit einem WLAN-Client wird dann in unmittelbarer Nähe vom Accesspoint aufgestellt und es wird die Leistung des WLAN-Client auf ein Minimum (0 dBm) eingestellt.Of the Access point will then either to a LAN or via a cross-over cable connected a computer to realize a test network. The test laptop with a wireless client will then be in immediate Near the Access point and it will increase the performance of the wireless client set to a minimum (0 dBm).
Da die Leistung des oder der Accesspoints vor diesem Messaufbau um circa den Faktor 100 höher ist, wird sichergestellt, dass das Messgerät das Signal vom Accesspoint ermitteln wird.There the performance of the access point (s) before this measurement setup about a factor of 100 higher ensures that the meter receives the signal from the access point will determine.
Über den WLAN-Client wird ein WLAN-Datenverkehr dauernd erzeugt.On the WLAN client is constantly generating Wi-Fi traffic.
Mit Hilfe des Spektrumanalysators wird eine Kanalleistungsmessung vorgenommen, wobei beispielsweise eine Kanalbandbreite von 22 MHz eingestellt wird.With Help of the spectrum analyzer a channel power measurement is made, for example, set a channel bandwidth of 22 MHz becomes.
Erfahrungsgemäß sind an mindestens 20 bis 30 Stellen im Gebäude Messungen durchzuführen, wobei die Messpunkte alle denkbaren und möglichen Situationen erfassen und darstellen müssen, und zwar unter Beachtung von Dämpfungsverhältnissen und Beugungen der Funkwellen durch Gegenstände, Sichtlinien oder einer Sichtunterbrechung zum Sender, und so weiter.According to experience are on to perform at least 20 to 30 digits in building measurements, taking the measuring points capture all conceivable and possible situations and have to represent and in consideration of damping ratios and Diffraction of radio waves by objects, lines of sight or a Visual interruption to the transmitter, and so on.
Die Daten akquirierenden Messungen erfolgen innerhalb von mindestens 60 Sekunden, so dass in etwa 60.000 repräsentative WLAN-Pakete aufgenommen werden. Durch diese Messungen über eine vorgegebene Zeitdauer werden Signalschwankungen berücksichtigt und ein statistisch gesehen maximaler Wert ermittelt, so dass sich eine hohe Reproduzierbarkeit ergibt.The data acquiring measurements suc within at least 60 seconds, so that about 60,000 representative Wi-Fi packets are recorded. Through these measurements over a given period of time, signal fluctuations are taken into account and a statistically maximum value is determined, so that a high reproducibility results.
Aus durchgeführten Messungen hat sich ergeben, dass eine Messwiederholung nur zu geringen Unterschieden mit weniger als 1 bis 2 dB führt.Out conducted Measurements have shown that a repeat measurement only small differences with less than 1 to 2 dB leads.
An denselben örtlich definierten Stellen werden dann Messungen mit dem WLAN-Client durchgeführt, wobei hier die maximalen und minimalen Werte des Signal-Rausch-Verhältnisses aufgenommen und abgespeichert werden.At the same locally then defined measurements are performed with the WLAN client, wherein here the maximum and minimum values of the signal-to-noise ratio be recorded and stored.
Aufgrund der SNR- und der Datendurchsatz-Messwerte werden dann empirische Modelle erstellt und aktualisiert, die die gegenseitige Abhängigkeit zwischen dem WLAN-Datendurchsatz, SNR-Wert und der mit Hilfe des Spektrumanalysators ermittelten maximalen effektiven WLAN-Kanalleistung abbilden. Diese Modelle dienen dann der Prognose der WLAN-Parameter.by virtue of The SNR and data rate metrics then become empirical Models are created and updated showing the interdependence between the wireless data throughput, SNR value and the with the help of Spectrum analyzer determined maximum effective WLAN channel power depict. These models are then used to forecast the WLAN parameters.
In einem nächsten Schritt erfolgt dann das Erstellen eines dreidimensionalen Modells zum Simulieren der Funkwellen-Ausbreitung, wobei dieses Modell unter Rückgriff auf die Messergebnisse angepasst und damit optimiert wird.In one next Step then takes the creation of a three-dimensional model for simulating the radio wave propagation, this model under recourse adapted to the measurement results and thus optimized.
Nach der Durchführung der Simulation für den zuvor ausgemessenen Accesspoint wird durch den Vergleich berechneter und vor Ort gemessener Werte die Prognose-Ungenauigkeit bewertet. Die Modellanpassung ermöglicht einen Mittelwert der Prognose-Ungenauigkeit im Regelfall von weniger als 1 dB zu erreichen. Die maximale Abweichung liegt im Regelfall bei circa ± 5 bis 6 dB.To the implementation the simulation for the previously measured access point is calculated by the comparison and locally measured values evaluated the forecast inaccuracy. The model adaptation allows an average of forecast inaccuracy, as a rule, less than 1 dB to reach. The maximum deviation is usually included about ± 5 up to 6 dB.
Durch geeignete Algorithmen erfolgt weiterhin die Berechnung von Signal- und Interferenzpegeln. Aufgrund dieser Pegel und der Modellwerte werden dann die Parameter der jeweiligen WLAN-Links bestimmt. Anschließend erfolgt eine Erstellung des WLAN-Layouts auch mit Blick auf Minimierung der gegenseitigen Beeinflussungen zwischen den Accesspoints und deren Anzahl unter Beachtung der Kundenanforderungen an die Parameter des gesamten Netzwerks.By suitable algorithms continue to be used to calculate signal and interference levels. Because of these levels and model values are then determines the parameters of the respective WLAN links. Then done A creation of the WLAN layout also with a view to minimization the mutual influences between the access points and their number considering the customer requirements for the parameters of the entire network.
Die im Ergebnis der Optimierung festgelegten Standorte der Accesspoints können dann unter Rückgriff auf das Gebäudemodell fixiert und mit den Gebäudeverantwortlichen und den Installateuren vor Ort im Detail festgelegt werden.The as a result of the optimization fixed locations of the access points can then under recourse on the building model fixed and with the building managers and the installers on site can be specified in detail.
Wenn die Installation der Accesspoints im Gebäude erfolgte, wird, letztendlich auch zum Zweck der Dokumentation, mindestens eine Abnahmemessung vorgenommen. Die Daten der Abnahmemessung können dann auch zur nachträglichen Überprüfung der Modellalgorithmen herangezogen und im Sinne eines Lernprozesses Verwendung finden.If the installation of the access points was done in the building, eventually also for the purpose of documentation, at least one acceptance measurement performed. The data of the acceptance measurement can then also be used for the subsequent verification of the Model algorithms used and in the sense of a learning process Find use.
Selbstverständlich besteht die Möglichkeit, bei der Ermittlung der Lage der Accesspoints auch spezielle Anforderungen an das WLAN zu erfüllen, wie z.B. die Sicherstellung eines niedrigen Signalpegels außerhalb der Gebäude oder an der Grundstücksgrenze zur Vermeidung des Zugriffs auf das WLAN von unbefugten Personen.Of course, there is the opportunity to join Determining the location of access points also requires special requirements to meet the wifi, like e.g. ensuring a low signal level outside the building or at the property boundary to prevent access to the WLAN from unauthorized persons.
Claims (6)
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2006
- 2006-04-10 DE DE102006016800A patent/DE102006016800A1/en not_active Withdrawn
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