DE102009031181B4

DE102009031181B4 - Schaltung eines Knotens, Verfahren zur Laufzeitmessung in einem Funknetz und Funknetz

Info

Publication number: DE102009031181B4
Application number: DE102009031181.5A
Authority: DE
Inventors: Dr. Ferchland Tilo; Dr. Schmidt Michael; Dipl.-Ing. Sachse Eric
Original assignee: Atmel Corp
Current assignee: Atmel Corp
Priority date: 2009-06-29
Filing date: 2009-06-29
Publication date: 2019-05-16
Anticipated expiration: 2029-06-30
Also published as: US20100329139A1; US9239370B2; DE102009031181A1; US10117045B2; US20160135003A1

Abstract

Verfahren zur Laufzeitmessung zwischen einem ersten Knoten (11) und einem zweiten Knoten (12) eines Funknetzes (10),- bei dem ein Rahmen (F[ACK]) von dem ersten Knoten (11) gesendet wird, wobei der Rahmen (F[ACK]) eine Bestätigung (ACK) des Empfangs durch den zweiten Knoten (12) erfordert,- bei dem ein erster Zeitpunkt (t1) des Sendens des Rahmens (F[ACK]) mittels eines Zeitzählers (18) von dem ersten Knoten (11) festgestellt wird,- bei dem der Rahmen (F[ACK]) von dem zweiten Knoten (12) zu einem zweiten Zeitpunkt (t2) empfangen wird,- bei dem die Bestätigung (ACK) von dem zweiten Knoten (12) zu einem dritten Zeitpunkt (t3) an den ersten Knoten (11) gesendet wird, wobei der dritte Zeitpunkt (t3) vom zweiten Zeitpunkt (t2) abhängig ist durch ein vorbestimmtes Zeitintervall (dt) zwischen dem zweiten Zeitpunkt (t2) und dem dritten Zeitpunkt (t3),- bei dem mit Empfang der Bestätigung (ACK) ein vierter Zeitpunkt (t4) mittels des Zeitzählers (18) vom ersten Knoten (11) festgestellt wird, und- bei dem die Laufzeit oder die Änderung der Laufzeit aus dem mittels des Zeitzählers (18) festgestellten ersten Zeitpunkt (t1) und festgestellten vierten Zeitpunkt (t4) und dem vorbestimmten Zeitintervall (dt) und einer Länge des gesendeten Rahmens (F[ACK]) ermittelt wird, gekennzeichnet dadurch, dass- bei dem ersten Knoten (11) die Laufzeitmessung in Abhängigkeit von einer Produktidentifikation (P-ID12) des zweiten Knotens (12) durchgeführt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schattung eines Knotens in einem Funknetz und ein Verfahren zur Laufzeitmessung zwischen zwei Knoten in einem Funknetz.
In dem Industrie-Standard IEEE 802.15.4-2006 ist ein Funknetz definiert. Dabei sind in dem Standard auf Seite 21 bis 23 per Funk zu übertragende Pakete (engl, packet) definiert, die unterschiedliche Rahmen (engl, frame), wie beispielsweise einen so genannten beacon frame, einen data frame, einen acknowledgement frame oder einen MAC command frame enthalten können.
Aus der US 52 20 332 A ist ein Entfernungsmessungssystem mit einer Abfrageeinrichtung und einem Transponder bekannt, das nicht-simultane Messungen zwischen zwei Objekten ermöglicht. Ein Trägersignal wird mit einem (niederfrequenten) Modulationssignal mit einer veränderbaren Modulationsfrequenz moduliert um mittels einer Phasenmessung oder alternativ einer Laufzeitmessung eine Entfernung zwischen der Abfrageeinrichtung und dem Transponder aus der Änderung des Modulationssignals zu bestimmen.
Aus der WO 2005/088342 A1 ist es bekannt, dass die Entfernung zwischen mobilen Telekommunikationsgeräten über die Laufzeit eines gesondert erzeugten Abfragesignals ermittelt werden kann. Die Erzeugung des Abfragesignals setzt aber zusätzliche Hardware in den Telekommunikationsgeräten voraus.
Ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 zur Laufzeitmessung zwischen einem ersten und einem zweiten Knoten eines Funknetzes ist aus dem Artikel „A ranging system with IEEE 802.11 data frames" von M. Ciurana et al. (IEEE Radio and Wireless Symposium, 9-11 Jan. 2007, Long Beach, CA, USA) bekannt. Dieses Verfahren beruht auf einer Messung der Umlaufzeit (engl. round trip time, RTT) von Datenpaketen des IEEE 802.11 Standards.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde ein Verfahren zur Laufzeitmessung möglichst zu verbessern, so dass sich das Verfahren mit möglichst geringem Zusatzaufwand in ein bestehendes Funknetz integrieren lässt.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen und in der Beschreibung enthalten.
Demzufolge ist ein Verfahren zur Laufzeitmessung zwischen einem ersten Knoten und einem zweiten Knoten eines Funknetzes vorgesehen. Das Funknetz ist vorzugsweise gemäß einem Industrie-Standard, insbesondere dem IEEE 802.15.4 definiert. Mittels der Laufzeitmessung kann beispielsweise eine Entfernung zwischen dem ersten Knoten und dem zweiten Knoten bestimmt werden.
Ein Rahmen wird von dem ersten Knoten insbesondere als Bestandteil eines Pakets gesendet. Hierzu wird beispielsweise eine Spreizung der Bits des Rahmens und eine Modulation auf ein Trägersignal durchgeführt. Der Rahmen erfordert eine Bestätigung (engl, acknowledgement) des Empfangs durch den zweiten Knoten. Die Bestätigung kann auch als Quittierung bezeichnet werden.
Vom ersten Knoten wird ein erster Zeitpunkt des Sendens des Rahmens mittels eines Zeitzählers festgestellt. In einer Ausgestaltungsvariante wird zur Feststellung des ersten Zeitpunkts der Zähler vorzugsweise mit einem vorgegebenen Zählerwert gestartet. Der Zählerwert wird beispielsweise hierzu auf Null gesetzt. Eine andere Ausgestaltungsvariante sieht vor, dass der Zähler fortlaufend zählt. Zur Feststellung des ersten Zeitpunkts wird der momentane Zählerwert aus dem fortlaufend zählenden Zähler ausgelesen und vorzugsweise gespeichert.
Der erste Zeitpunkt ist dabei zu einem strukturellen Aufbau des Rahmens zeitlich definiert. Beispielsweise ist der erste Zeitpunkt zu einem zeitlichen Beginn des Sendens des Rahmens definiert. Auch ist es möglich den ersten Zeitpunkt zeitlich vor dem ersten Rahmen bezüglich eines Startfeldes (SFD - engl. Start of Frame Delimiter) zu definieren.
Der Rahmen wird von dem zweiten Knoten zu einem zweiten Zeitpunkt empfangen. Zum Empfang führt der zweite Knoten beispielsweise eine Demodulation und Korrelation eines Empfangssignals durch. Auch der zweite Zeitpunkt ist zu dem strukturellen Aufbau des Rahmens zeitlich definiert.
Die Bestätigung wird von dem zweiten Knoten zu einem dritten Zeitpunkt an den ersten Knoten gesendet. Der dritte Zeitpunkt ist vom zweiten Zeitpunkt abhängig. Zwischen dem zweiten Zeitpunkt und dem dritten Zeitpunkt ist ein vorbestimmtes Zeitintervall definiert. Der dritte Zeitpunkt weist daher zum zweiten Zeitpunkt einen vorbestimmten zeitlichen Abstand auf. Das Zeitintervall ist konstant und vorzugsweise dem ersten Knoten und dem zweiten Knoten bekannt. Beispielsweise wird das Zeitintervall mit der Einrichtung des Funknetzes festgelegt und im zweiten Knoten eingestellt. Der dritte Zeitpunkt ist zu einem strukturellen Aufbau der Bestätigung zeitlich definiert. Ist die Bestätigung beispielsweise gemäß dem Industrie-Standard IEEE 802.15.4 definiert, so kann der dritte Zeitpunkt beispielsweise zu Beginn des Bestätigungsrahmens (engl, acknowledgement frame) zeitlich definiert sein.
Mit Empfang der Bestätigung durch den ersten Knoten wird mittels des Zeitzählers des ersten Knotens ein vierter Zeitpunkt festgestellt. Zur Feststellung des vierten Zeitpunkts wird in einer Ausgestaltungsvariante der Zähler des ersten Knotens gestoppt. Gemäß einer anderen Ausgestaltungsvariante wird zur Feststellung des vierten Zeitpunkts ein weiterer Zählwert aus dem laufenden Zähler ausgelesen. Der vierte Zeitpunkt ist ebenfalls zu einem strukturellen Aufbau der Bestätigung zeitlich definiert.
Die Laufzeit oder die Änderung der Laufzeit wird aus dem mittels des Zeitzählers festgestellten ersten Zeitpunkt und aus dem mittels des Zeitzählers festgestellten vierten Zeitpunkt und aus dem vorbestimmten Zeitintervall ermittelt. Wird beispielsweise der Zähler zum ersten Zeitpunkt mit dem vorgegebenen Zählwert Null gestartet korrespondiert der Zählwert beim Stoppen des Zählers zum vierten Zeitpunkt dabei zu einer Zeitdifferenz zwischen dem vierten und dem ersten Zeitpunkt. Vorzugsweise wird die Laufzeit berechnet, indem insbesondere zumindest das Zeitintervall und ggf. weitere zeitliche Konstanten von dem Zählwert des Zeitzählers subtrahiert werden und die sich durch die Subtraktion ergebende Differenz durch zwei geteilt wird. Eine einfache Berechnung der Änderung der Laufzeit ist möglich, indem die Zeitdifferenz zwischen dem vierten Zeitpunkt und dem ersten Zeitpunkt mit einer oder mehreren vorhergehenden Messungen beispielsweise durch einen Größer-Kleiner-Vergleich ausgewertet wird, ohne das die Laufzeit an sich explizit berechnet werden muss.
Die Länge des gesendeten Rahmens kann beispielsweise in Abhängigkeit vom Umfang der Nutzdaten im Rahmen variieren. Die Information über die Länge des Rahmens und die Übertragungsrate sind dem sendenden Knoten bekannt. Daher wird die Laufzeit oder die Änderung der Laufzeit zusätzlich anhand der Länge des gesendeten Rahmens bestimmt. Die Länge des Rahmens wird vorteilhafterweise ebenfalls von der Zeitdifferenz zwischen dem vierten Zeitpunkt und dem ersten Zeitpunkt subtrahiert. Zusätzlich kann die Laufzeit oder die Änderung der Laufzeit vorteilhafterweise in Abhängigkeit von der Übertragungsrate bestimmt werden.
Es ist möglich, dass nicht alle Knoten im Funknetz zur beschriebenen Laufzeitmessung kompatibel sind. Beispielsweise ist das Zeitintervall nicht konstant oder variiert von einer Übertragung eines Rahmens zur Nächsten und der betroffene Knoten ist demzufolge nicht kompatibel. Daher ermittelt der erste Knoten vor oder während einer Laufzeitmessung, ob eine Laufzeitmessung mit dem zweiten Knoten möglich ist. Dazu wird vom ersten Knoten die Laufzeitmessung in Abhängigkeit von einer Produktidentifikation des zweiten Knotens durchgeführt. Vorzugsweise wird vor, während oder nach der Laufzeitmessung die Produktidentifikation vom zweiten Knoten an den ersten Knoten übertragen. Ergibt die Produktidentifikation des zweiten Knotens, dass dieser nicht für eine Laufzeitmessung geeignet ist, wird die Laufzeitmessung nicht gestartet, gestoppt und/oder das Ergebnis verworfen.
Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zu Grunde eine möglichst verbesserte Schaltung eines Knotens eines Funknetzes anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch die Schaltung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen und in der Beschreibung enthalten.
Vorzugsweise ist die Schaltung auf einem Halbleiterchip monolithisch integriert.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Funknetz mit den Merkmalen des Anspruchs 7, insbesondere ein Funknetz gemäß dem Industrie-Standard IEEE 802.15.4.
Die im Folgenden beschriebenen Weiterbildungen beziehen sich sowohl auf das Verfahren, als auch auf die Schaltung als auch auf das Funknetz. Funktionale Merkmale der Schaltung ergeben sich dabei aus Verfahrensmerkmalen.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung sind mittels des Rahmens Nutzdaten vom ersten Knoten an den zweiten Knoten übertragbar. Zur Laufzeitmessung ist die Übertragung von Nutzdaten zwischen den Knoten daher standard konform. Eine Vielzahl von Laufzeitmessungen kann während des normalen Datenverkehrs im Funknetz durchgeführt werden.
Die zuvor beschriebenen Weiterbildungsvarianten sind sowohl einzeln als auch in Kombination besonders vorteilhaft. Dabei können sämtliche Weiterbildungsvarianten untereinander kombiniert werden. Einige mögliche Kombinationen sind in der Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Figuren erläutert. Diese dort dargestellten Möglichkeiten von Kombinationen der Weiterbildungsvarianten sind jedoch nicht abschließend.
Im Folgenden wird die Erfindung durch Ausführungsbeispiele anhand zeichnerischer Darstellungen näher erläutert.
Dabei zeigen

1 eine schematische Darstellung eines Funknetzes, und
2 ein schematisches Diagramm.

1 zeigt ein Beispiel eines „Wireless Personal Area Networks“ (WPAN) 10 nach dem beispielsweise gemäß dem Industrie-Standard IEEE 802.15.4. Es umfasst drei Sende-/Empfangsvorrichtungen (transceiver, TRX) 11-13 in Form von ortsfesten oder mobilen Geräten, die mittels Funksignalen drahtlos Informationen austauschen. Bei den Sende-/Empfangsvorrichtungen 11, 12 und 13 handelt es sich um ein sog. Vollfunktionsgerät, die die Funktion des WPAN-Koordinators übernehmen können. Neben einer sternförmigen Netzwerktopologie, bei der die bidirektionale Datenübertragung nur zwischen jeweils einem der Teilfunktionsgeräte (nicht dargestellt) und dem Vollfunktionsgerät 11 (12 oder 13), nicht jedoch zwischen den Teilfunktionsgeräten erfolgen kann, sieht der Standard auch sog. „Peerto- Peer“-Topologien vor, bei denen sämtliche Vollfunktionsgeräte 11, 12, 13 (von denen eines (11) die Rolle des WPAN-Koordinators übernimmt) mit jeweils allen anderen Vollfunktionsgeräten kommunizieren können.
Die Sende-/Empfangsvorrichtungen 11-13 umfassen jeweils eine Antenne eine mit der Antenne 14 verbundene Sendeeinheit (engl, transmitter, TX) eine mit der Antenne 14 verbundene Empfangseinheit (engl, receiver, RX) 16 und eine mit der Sende- und der Empfangseinheit 15/16 verbundene Auswerteeinheit/Kontrolleinheit (engl, control unit, CTRL) 17 zur Steuerung der Sende- und Empfangseinheiten 15,16. Weiterhin beinhalten die Sende-/ Empfangsvorrichtungen 11-13 jeweils eine in 1 nicht dargestellte Energieversorgungseinheit in Form einer Batterie etc. zur Energieversorgung der Einheiten 15-17, sowie eventuell weitere Komponenten wie Sensoren, Schnittstellen etc..
Die Datenübertragung kann im Industrie-Standard IEEE 802.15.4 definierten Frequenzband (700-900 MHz/2,4 GHz), beispielsweise im ISM-Band (Industrial, Scientific, Medical) erfolgen. Die Sendeeinheit 15 jeder Sende- /Empfangsvorrichtung 11-13 wandelt den jeweils zu sendenden Datenstrom beispielsweise gemäß dem Industrie-Standard IEEE 802.15.4 in ein über ihre Antenne 14 abzustrahlendes Funksignal um. Dementsprechend wandelt die Empfangseinheit 16 jeder Sende-/Empfangsvorrichtung ein von ihrer Antenne 14 empfangenes (und von der Sendeeinheit einer anderen Sende- /Empfangsvorrichtung nach dem beispielsweise gemäß dem Industrie- Standard IEEE 802.15.4 erzeugtes) Funksignal möglichst fehlerfrei in die gesendeten Daten um, indem das Funksignal unter anderem demoduliert und die Daten anschließend detektiert (entschieden) werden.
Die Knoten 11 und 12 sind durch die Entfernung d12, die Knoten 11 und 13 durch die Entfernung d13 und die Knoten 11 und 13 durch die Entfernung d23 voneinander örtlich beabstandet. Beispielsweise zur Bestimmung der Entfernung zwischen den Knoten 11, 12, 13 kann eine Signallaufzeit bestimmt werden.
Zwischen den Knoten werden Pakete beispielsweise gemäß dem Industrie- Standard IEEE 802.15.4 übertragen. Jedes Paket weist einen Rahmen auf, der mit übertragen wird. Dabei wird zuerst eine Präambel (engl, preamble), dann ein Startfeld (SFD - engl. Start of Frame Delimiter), nachfolgend ein Paketkopf (PHR - engl. Phy HeadeR) mit der Information zur Rahmenlänge und nachfolgend der Rahmen selbst übertragen.
Die Reihenfolge ist beispielhaft für ein Paket mit einem Datenrahmen des Industrie-Standards IEEE 802.15.4. Der Datenrahmen weist ein Rahmenkontrollfeld (engl. Frame Control), eine Sequenznummer (engl. Sequence Number) eine Adresse (engl, addressing fields) und weitere Felder mit Nutzdaten auf. Die Nutzdaten sind dabei üblicherweise der überwiegende Umfang des Datenrahmens. Ein Rahmen F[ACK] wird - wie in 2 dargestellt - vom Knoten 11 zum Knoten 12 zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 übertragen.
Der Industrie-Standard IEEE 802.15.4. definiert Pakete mit einem Beacon- Rahmen, mit einem Datenrahmen, mit einem MAC-Befehlsrahmen und mit einem Bestätigungsrahmen. Ein Teil der definierten Rahmen F[ACK] erfordert (per Definition des Standards) von einem Empfänger eine Bestätigung (ACK - engl. Acknowledgement) des Empfangs mittels des Bestätigungsrahmens. Die Bestätigung ACK wird, wie in 2 dargestellt, zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 vom Empfänger 12 des Rahmens F[ACK] an den Sender 11 zurückgesendet. Andere Pakete anderer Industrie-Standards, wie WLAN, Bluetooth oder WiMax können eine andere Struktur beispielsweise mit einer anderen Reihenfolge der Felder aufweisen, können aber ebenfalls eine Bestätigung/Quittierung bedingen.
Die Sendeeinheit 15 und die Empfangseinheit 16 einer Sende-/Empfangs-vorrichtung 11, 12, 13 sind hierbei Teil einer (in 1 nicht dargestellten) integrierten Schaltung (IC), z.B. eines ASICs (engl. Application Specific Integrated Circuit), während die Auswerteeinheit/Kontrolleinheit 17 durch einen (ebenfalls nicht dargestellten) Mikrocontroller realisiert ist. Vorteilhaft kann die Sende-/Empfangsvorrichtung 11, 12, 13 auch nur einen (z.B. als ASIC ausgeführten) IC aufweisen, der die Funktionen der Sendeeinheit 15, der Empfangseinheit 16 und der Auswerteeinheit/Kontrolleinheit 17 zusammen wahrnimmt.
Zur Messung der Laufzeit wird der Zeitzähler (Timer) 18 der Kontrolleinheit 17 des Knotens 11 zu einem ersten Zeitpunkt t1 gestartet. Der erste Zeitpunkt t1 definiert das Senden des Rahmens F[ACK] durch den ersten Knoten 11. Beispielsweise kann der Zeitpunkt t1 zum Ende des gesendeten Startfeldes (SFD) oder zum Ende des Paketkopfs (PHR) definiert sein. Der Zeitzähler 18 zählt folgend bis zum Zeitpunkt t4, zu dem die Bestätigung ACK vom ersten Knoten 11 empfangen wird. Ein Zählwert tT wird aus dem Zeitzähler 18 ausgelesen.
Zum zweiten Zeitpunkt t2 wird der Rahmen F[ACK] von dem zweiten Knoten empfangen. Die Zeitdifferenz zwischen dem ersten Zeitpunkt t1 und dem zweiten Zeitpunkt t2 ist die Laufzeit des Rahmens F[ACK] vom ersten Knoten 11 zum zweiten Knoten 12, die jedoch nicht unmittelbar ermittelt werden kann. Der Rahmen F[ACK] wird nicht unmittelbar an den Sender zurückreflektiert. Eine Schaltung des zweiten Knotens 12 ist jedoch eingerichtet die zum Rahmen F[ACK] zugehörige Bestätigung ACK zum dritten Zeitpunkt t3 zu senden.
Das Zeitintervall dt zwischen dem zweiten Zeitpunkt t2 des Empfangs des Rahmens F[ACK] und dem dritten Zeitpunkt t3 des Sendens der Bestätigung ACK ist vorbestimmt und konstant. Vorzugsweise weist die Schaltung des zweiten Knotens eine Hardware-Implementierung zum Senden der Bestätigung ACK auf, wobei durch eine fest vorgegebene Anzahl von Taktzyklen eines Taktgebers der Schaltung des zweiten Knotens 12 das Zeitintervall dt zwischen dem zweiten Zeitpunkt t2 und dem dritten Zeitpunkt t3 definiert ist. Vorteilhafterweise ist das Zeitintervall dt durch die Hardware des zweiten Knotens 12 fest vorgegeben oder durch Programmierung auf einen festen Wert einstellbar.
Die Genauigkeit des vorbestimmten konstanten Zeitintervalls dt hängt von der Genauigkeit des Taktgebers des zweiten Knotens 12 ab. Für eine zumindest grobe Messung der Laufzeit ist die Genauigkeit von 200 Nanosekunden oder weniger erforderlich. Dies wird durch eine genaue Berechnung des Abstands zwischen dem zweiten Zeitpunkt t2 und dem dritten Zeitpunkt t3 mittels eines hochauflösenden Taktgebers erzielt. Vorzugsweise ist die Genauigkeit besser 100 Nanosekunden. Beispielsweise wird hierzu eine Taktperiode von 62,5 Nanosekunden (16 MHz) verwendet. Hingegen ist durch den Industrie-Standard IEEE 802.15.4 lediglich ein symbolgenaues Senden der Bestätigung ACK gefordert, was jedoch mit einer resultierenden Ungenauigkeit von 16 µs keine Laufzeitmessung ermöglicht.
Die Zeitdifferenz zwischen dem dritten Zeitpunkt t3 und dem vierten Zeitpunkt t4 ist wiederum die Laufzeit der Bestätigung ACK vom zweiten Knoten 12 zum ersten Knoten 11, die jedoch wiederum nicht unmittelbar ermittelt werden kann. Die Laufzeit tL kann mit einer stark vereinfachten Formel bestimmt werden zu: $t L = (t L - d t) / 2$
Dabei ist insbesondere zu beachten, dass für eine genauere Berechnung ein Frequenzoffset beispielsweise in Form eines Korrekturfaktors einbezogen werden sollte. Jedoch kann auch ohne genaue Berechnung gemäß Formel (1) die gewonnene Information genutzt werden, indem Werte zumindest zweier insbesondere aufeinander folgender Messungen mittels eines Größer-Kleiner-Vergleichs eine Bewegungsrichtung der Knoten - beispielsweise zueinander bewegliche Fertigungsroboter oder Frachtcontainer - relativ zueinander angeben können. Zur Rauschunterdrückung können dabei beispielsweise Schwellen verwendet werden.
Die Laufzeit tL kann beispielsweise dazu verwendet werden die Entfernung zwischen den Knoten 11 und 12 zu bestimmen. Mittels einer Taktperiode von 62,5 Nanosekunden (16 MHz) kann immerhin eine Genauigkeit der Entfernung von etwa 10 Metern erzielt werden. Dies kann mittels einer Anzahl Referenzpositionen vorteilhafterweise dazu genutzt werden, um Güter innerhalb eines Industriegeländes (Hafen) zu orten oder gezielt zu positionieren.
Mit einer Messung der Phase könnten zwar genauere Entfernungsmessungen durchgeführt werden, jedoch würde eine Phasenmessung zusätzliche Hardware-Ressourcen und Übertragungskapazitäten benötigen und einen höheren Stromverbrauch verursachen. Hingegen ermöglicht die einfache Laufzeitmessung mit einem standardkonformen Rahmen und einer Bestätigung keine zusätzlichen Ressourcen und kann während des üblichen Datenverkehrs erfolgen. So wird durch die Lösung gemäß den 1 und 2 der überraschende Effekt erzielt, dass in Synergie zur Laufzeitmessung ebenfalls Daten mittels des Rahmens F[ACK] von dem ersten Knoten 11 zu dem zweiten Knoten 12 übertragen werden können.
Um eine verbesserte Genauigkeit und eine verbesserte Zuverlässigkeit der Laufzeitmessung zu gewährleisten, können eine Vielzahl von Laufzeitmessungen durchgeführt und - beispielsweise durch Mittelwertbildung - ausgewertet werden.
Vorzugsweise fragt der erste Knoten 11 für die Laufzeitmessung zudem eine ProduktIdentifikation P-ID12 des zweiten Knotens 12 ab, um zu überprüfen, ob der zweite Knoten 12 zur Laufzeitmessung ausgebildet ist. Der zweite Knoten 12 ist nur dann zur Laufzeitmessung ausgebildet, wenn der zweite Knoten 12 das vorbestimmte Zeitintervall dt zwischen dem Empfang des Rahmens F[ACK] und der Bestätigung ACK konstant einhält. Alternativ ist es ebenfalls möglich durch den ersten Knoten 11 mehrere Laufzeitmessungen durchzuführen und bei einer (zu großen) Abweichung - beispielsweise einer Standardabweichung - größer eines vorgegebenen Bereichs die Laufzeitmessung abzubrechen. In diesem Fall ist der zweite Knoten 12 nicht zur Laufzeitmessung ausgebildet bzw. eingerichtet und hält das vorgegebene Zeitintervall dt nicht ausreichend ein.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausgestaltungsvarianten der 1 und 2 beschränkt. Beispielsweise ist es möglich die Laufzeitmessung von beiden beteiligten Knoten 11 und 12 aus nacheinander zu initiieren, so dass zunächst der erste Knoten 11 einen Rahmen F[ACK] und der zweiten Knoten 12 eine Bestätigung ACK und dann der zweite Knoten 12 einen Rahmen F[ACK]' und der erste Knoten 11 eine Bestätigung ACK' sendet. Auch ist es möglich die Laufzeitmessung für einen anderen Industrie-Standard, wie WLAN oder WiMax zu implementieren. Die Funktionalität der Knoten 11,12, 13 gemäß 1 kann besonders vorteilhaft für ein universelles Funksystem verwendet werden.
Bezugszeichenliste

10: Funknetz
11,12,13: Knoten
14: Antenne
15: Sendevorrichtung, Sendeschaltung
16: Empfangsvorrichtung, Empfangsschaltung
17: Recheneinheit, Kontrolleinheit, Auswerteeinheit
18: Timer, Zeitzähler
t1, t2, t3, t4: Zeitpunkt
dt: Zeitintervall
tT: Zählstand, Zählwert, Differenzzählwert
d12, d13, d23: Entfernung
F[ACK]: Rahmen
ACK: Bestätigung, Quittierung
P-ID12: Produktidentifikation

Claims

Verfahren zur Laufzeitmessung zwischen einem ersten Knoten (11) und einem zweiten Knoten (12) eines Funknetzes (10), - bei dem ein Rahmen (F[ACK]) von dem ersten Knoten (11) gesendet wird, wobei der Rahmen (F[ACK]) eine Bestätigung (ACK) des Empfangs durch den zweiten Knoten (12) erfordert, - bei dem ein erster Zeitpunkt (t1) des Sendens des Rahmens (F[ACK]) mittels eines Zeitzählers (18) von dem ersten Knoten (11) festgestellt wird, - bei dem der Rahmen (F[ACK]) von dem zweiten Knoten (12) zu einem zweiten Zeitpunkt (t2) empfangen wird, - bei dem die Bestätigung (ACK) von dem zweiten Knoten (12) zu einem dritten Zeitpunkt (t3) an den ersten Knoten (11) gesendet wird, wobei der dritte Zeitpunkt (t3) vom zweiten Zeitpunkt (t2) abhängig ist durch ein vorbestimmtes Zeitintervall (dt) zwischen dem zweiten Zeitpunkt (t2) und dem dritten Zeitpunkt (t3), - bei dem mit Empfang der Bestätigung (ACK) ein vierter Zeitpunkt (t4) mittels des Zeitzählers (18) vom ersten Knoten (11) festgestellt wird, und - bei dem die Laufzeit oder die Änderung der Laufzeit aus dem mittels des Zeitzählers (18) festgestellten ersten Zeitpunkt (t1) und festgestellten vierten Zeitpunkt (t4) und dem vorbestimmten Zeitintervall (dt) und einer Länge des gesendeten Rahmens (F[ACK]) ermittelt wird, gekennzeichnet dadurch, dass - bei dem ersten Knoten (11) die Laufzeitmessung in Abhängigkeit von einer Produktidentifikation (P-ID12) des zweiten Knotens (12) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , - bei dem mittels des Rahmens (F[ACK]) Nutzdaten vom ersten Knoten (11) an den zweiten Knoten (12) übertragbar sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - bei dem zur Feststellung des ersten Zeitpunkts (t1) der Zähler (18) insbesondere mit einem vorgegebenen Zählwert gestartet wird, und/oder - bei dem zur Feststellung des vierten Zeitpunkts (t4) der Zähler (18) gestoppt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - bei dem zur Feststellung des ersten Zeitpunkts (t1) ein erster Zählwert des laufenden Zählers (18) ausgelesen wird, und/oder - bei dem zur Feststellung des vierten Zeitpunkts (t4) ein zweiter Zählwert des laufenden Zählers (18) ausgelesen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - bei dem die Genauigkeit des vorbestimmten Intervalls (dt) unabhängig von Protokollschichten in einem Programmablauf einer Recheneinheit ist.
Schaltung eines ersten Knotens (11) in einem Funknetz (10), - die eingerichtet ist, einen Rahmen (F[ACK]), der eine Bestätigung (ACK) seines Empfangs erfordert, an einen zweiten Knoten (12) des Funknetzes (10) zu senden, - die einen Zeitzähler (18) aufweist und eingerichtet ist, mittels des Zeitzählers (18) einen Zeitpunkt (t1) des Sendens des Rahmens (F[ACK]) festzustellen, - die eingerichtet ist, die zum Rahmen (F[ACK]) zugehörige Bestätigung (ACK) von dem zweiten Knoten (12) zu empfangen, - die eingerichtet ist, mittels des Zeitzählers (18) einen weiteren Zeitpunkt (t4) des Empfangs der Bestätigung festzustellen, und - die eingerichtet ist, mittels des Zeitzählers (18) anhand beider Zeitpunkte (t1 , t4) und eines vorbestimmten konstanten Zeitintervalls (dt) und einer Länge des gesendeten Rahmens (F[ACK]) eine Laufzeit oder eine Änderung der Laufzeit zu ermitteln, gekennzeichnet dadurch, dass - die Schaltung eingerichtet ist, die Laufzeitmessung in Abhängigkeit von einer Produktidentifikation (P-ID12) des zweiten Knotens (12) durchzuführen.
Funknetz - mit zumindest einem ersten Knoten (11), der eine Schaltung gemäß Anspruch 6 aufweist, und - mit zumindest einem zweiten Knoten (12), der eine Schaltung aufweist, die eine Empfangsschaltung (16) zum Empfang eines Rahmens (F[ACK]) von dem ersten Knoten (11) und eine Sendeschaltung (15) zum Senden einer zum Rahmen (F[ACK]) zugehörigen Bestätigung (ACK) an den ersten Knoten (11) umfasst, wobei die Schaltung des zumindest einen zweiten Knotens (12) eingerichtet ist, einen Sendezeitpunkt (t3) des Sendens der Bestätigung (ACK) bezogen auf einen Empfangszeitpunkt (t2) des Empfangs des Rahmens (F[ACK]) um ein vorbestimmtes konstantes Zeitintervall (dt) zu verzögern, und die Genauigkeit des vorbestimmten konstanten Zeitintervalls (dt) besser als 200 Nanosekunden ist, wobei das Zeitintervall (dt) durch eine vorgegebene Anzahl von Taktzyklen eines Taktgebers der Schaltung definiert ist.