DE102018131038B3 - Management of a meshed radio network in the vicinity of a restricted area - Google Patents

Management of a meshed radio network in the vicinity of a restricted area Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft die Integration eines neuen Funkknotens in ein vermaschtes Netz, das im Bereich eines Sperrgebiets liegt. Der neue Funkknoten sendet zunächst nicht selbständig Signale aus, sondern versucht alle andere Funkknoten zu empfangen, basierend auf welchen er die relative Richtung des Senders eines Signals bestimmen kann. Der Funkknoten kann dann die Registrierungsnachricht in die ermittelte relative Richtung des Senders so gerichtet aussenden, dass beim Aussenden der Funksignale ein vorgegebener „gesperrter“ Bereich ausgespart wird. Der Sendeknoten, der die Registrierungsnachricht empfängt, kann ebenfalls anhand der Funksignale die relative Richtung des neuen Funkknotens ermitteln und die Bestätigung der Integration in das vermaschten Netz ebenfalls gerichtet in diese relative Richtung aussenden.The invention relates to the integration of a new radio node in a meshed network, which is in the area of a restricted area. The new radio node does not initially send out signals independently, but tries to receive all other radio nodes on the basis of which it can determine the relative direction of the transmitter of a signal. The radio node can then send the registration message in the determined relative direction of the transmitter so that a predetermined “blocked” area is left out when the radio signals are sent. The transmitting node, which receives the registration message, can also determine the relative direction of the new radio node on the basis of the radio signals and can also send the confirmation of the integration into the meshed network in this relative direction.

Description

TECHNISCHER GEBIETTECHNICAL AREA

Erfindung betrifft unter anderem ein Verfahren zur Integration eines neuen Funkknotens in einem vermaschten Netz, das im Bereich mindestens eines Sperrgebiets liegt. Ferner betrifft die Erfindung die Ausgestaltung entsprechender Funkknoten zur Verwendung in einem vermaschten Netz, das im Bereich mindestens eines Sperrgebiets liegt. Einzelne Funktionen der Funkknoten können dabei mittels Software (z.B. Computerprogramm) realisiert werden, die auf einem oder mehreren Computer-lesbaren Speichermedien gespeichert sind. Bei dem vermaschten Netz kann es sich beispielsweise um ein Sensornetz handeln.The invention relates, inter alia, to a method for integrating a new radio node in a meshed network which is in the region of at least one restricted area. The invention further relates to the design of corresponding radio nodes for use in a meshed network which is in the area of at least one restricted area. Individual functions of the radio nodes can be implemented using software (e.g. computer program) that is stored on one or more computer-readable storage media. The meshed network can be, for example, a sensor network.

TECHNISCHER HINTERGRUNDTECHNICAL BACKGROUND

Sensornetze wurden ursprünglich als militärisches Frühwarnsystem zur Überwachung von Pipelines und Landesgrenzen konzipiert. Heute können Sensornetze in unterschiedlichsten Bereichen (zum Beispiels, in der Logistik/Warenverwaltung (z.B. in Lagerhäusern), zur Überwachung und/oder Steuerung von Produktionsanlagen, Kraftwerken, etc., zur Überwachung Naturschutzgebieten (z.B. auf Schadstoffe, Waldbrände und Tiermigrationen), etc.) eingesetzt werden - ihr Anwendungsgebiert ist ebenso vielfältig, wie die verfügbaren Sensoren.Sensor networks were originally conceived as a military early warning system for monitoring pipelines and national borders. Today, sensor networks can be used in a wide variety of areas (for example, in logistics / goods management (e.g. in warehouses), for monitoring and / or controlling production facilities, power plants, etc., for monitoring nature reserves (e.g. for pollutants, forest fires and animal migration), etc. ) are used - their application is as diverse as the available sensors.

Ein verteiltes Sensornetz besteht aus einer Vielzahl verteilte Sensorknoten, die miteinander kommunizieren. Sensornetze bezeichnen für gewöhnlich Netzwerke, in denen Daten von Sensoren erfasst und (drahtlos) übertragen werden. Über Sensornetze können die verschiedenen, von Sensoren erfassten Daten, z.B. physikalischen Größen, zur Datenerfassung oder zur Steuerung der Aktoren übertragen, die ebenfalls Teil des Sensornetzes bilden können. Der wesentliche Unterschied zwischen einem Sensornetz und lokalen Netzen (LAN), WLANs und Mobilfunknetzen besteht darin, dass es sich bei den Sensor- und Aktordaten typischerweise um relativ geringe Datenmengen handelt. Diese Daten können drahtgebunden oder drahtlos übertragen werden. Die Transport- und Routingprotokolle sind in der Regel für geringe Datenmengen und/oder energiesparenden Betrieb optimiert, da die Sensorknoten oftmals mit Batterien betrieben werden und möglichst lange (oft mehrere Jahre) ohne Batteriewechsel betrieben werden sollen. Drahtlose Sensornetzen werden auch als Wireless Sensor Networks (WSN) bezeichnet.A distributed sensor network consists of a large number of distributed sensor nodes that communicate with one another. Sensor networks usually refer to networks in which data is recorded by sensors and transmitted (wirelessly). The various data recorded by sensors, e.g. physical quantities, for data acquisition or for controlling the actuators, which can also form part of the sensor network. The main difference between a sensor network and local area networks (LAN), WLANs and mobile radio networks is that the sensor and actuator data are typically relatively small amounts of data. This data can be transmitted wired or wireless. The transport and routing protocols are usually optimized for small amounts of data and / or energy-saving operation, since the sensor nodes are often operated with batteries and should be operated for as long (often several years) as possible without changing the batteries. Wireless sensor networks are also known as wireless sensor networks (WSN).

Sensornetze sind oftmals Self Organized Networks (SON), wartungsfrei, störstrahlungsfest, batteriebetrieben und zeichnen sich durch einen äußerst geringen Stromverbrauch aus. Um diese Anforderungen zu erfüllen, sind klassische Techniken für den Aufbau und Betrieb von Ad-hoc-Netzn oftmals nicht ausreichend. Daher werden oftmals spezialisierte Protokolle eingesetzt, die die besonderen Eigenschaften drahtloser Sensornetze beachten.Sensor networks are often self-organized networks (SON), maintenance-free, interference-resistant, battery-operated and are characterized by extremely low power consumption. In order to meet these requirements, classic techniques for setting up and operating ad hoc networks are often not sufficient. For this reason, specialized protocols are often used that take into account the special properties of wireless sensor networks.

Die einzelnen Sensorknoten eines Sensornetzes bestehen in der Regel aus einem Prozessor und einem Datenspeicher (z.B. ein Flash-Speicher). Dazu kommen ein oder mehrere Sensoren und ein Modul zur Funkkommunikation (Transceiver). Alle Bauteile des Sensorknoten werden in der Regel über eine Batterie mit Energie versorgt. Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, die Sensorknoten an ein Stromnetz anzuschließen oder über ein Bussystem mit Strom zu versorgen. Die Bauteile des Sensorknotens können auf einem einzigen Computerchip untergebracht sein (System on Chip, SoC), was die Größe gegenüber zusammengesetzten Einzelkomponenten erheblich reduziert.The individual sensor nodes of a sensor network usually consist of a processor and a data memory (e.g. a flash memory). There are also one or more sensors and a module for radio communication (transceiver). All components of the sensor node are usually powered by a battery. In principle, however, it is also conceivable to connect the sensor nodes to a power grid or to supply them with power via a bus system. The components of the sensor node can be accommodated on a single computer chip (System on Chip, SoC), which considerably reduces the size compared to assembled individual components.

Wie bereits erwähnt bilden Sensornetze in der Regel vermaschte Ad-hoc-Netze. Moderne Ad-hoc-Netze konfigurieren sich selbsttätig und arbeiten autonom (d.h. ohne eine zentrale Instanz für das Netzwerkmanagement). Der Betrieb verwendet für den jeweiligen Netzwerktyp spezielle Netzwerkprotokolle und benutzt Gateways zu anderen Netzwerken (z.B. Internet, (W)LAN, Mobilfunknetz, etc.). Daten können über mehrere Stationen von Netzknoten (Sensorknoten) zu Netzknoten weitergereicht werden, bis sie ihren Empfänger erreicht haben.As already mentioned, sensor networks generally form meshed ad hoc networks. Modern ad hoc networks configure themselves automatically and work autonomously (i.e. without a central authority for network management). The company uses special network protocols for the respective network type and uses gateways to other networks (e.g. Internet, (W) LAN, cellular network, etc.). Data can be forwarded from network nodes (sensor nodes) to network nodes via several stations until they have reached their recipient.

Die Verwendung von Sensornetzen kann zum Beispiel in Industrie- und/oder Produktionsanlagen (z.B. in petrochemischen Produktionsanlagen) problematisch sein, da in bestimmten Bereichen der Industrie- und/oder Produktionsanlage Explosionsgefahr herrscht und daher das Einbringen von Funksignalen in diese Bereiche aus Sicherheitsgründen möglichst zu unterbinden ist. Insbesondere gepulste Funksignale mit hoher Energiedichte sind hier oftmals problematisch, und Industriebnormen (z.B. ISO/IEC Standard-Reihe 60079 und ISO/IEC Standard-Reihe 80079) legen allgemeine Anforderungen an die Konstruktion, Prüfung und Kennzeichnung von Geräten und Komponenten in explosionsgefährdeten oder explosiven Umgebungen fest. Auch wird häufig in Industrie- und/oder Produktionsanlagen empfindliche (Meß-)Elektronik eingesetzt, die vor übermäßigem Eintrag elektromagnetischer Energie durch Funkwellen geschützt werden muss.The use of sensor networks can be problematic, for example, in industrial and / or production plants (e.g. in petrochemical production plants), since there is a risk of explosion in certain areas of the industrial and / or production plant and therefore prevent the introduction of radio signals into these areas for safety reasons is. In particular, pulsed radio signals with a high energy density are often problematic here, and industry standards (e.g. ISO / IEC standard series 60079 and ISO / IEC standard series 80079) place general requirements on the design, testing and labeling of devices and components in potentially explosive or explosive environments firmly. Also, sensitive (measuring) electronics are often used in industrial and / or production plants, which must be protected against excessive entry of electromagnetic energy by radio waves.

Funkantennen strahlen ihre Leistung in der Regel omnidirektional in alle Richtungen ab. Auch bei direktional abgestrahlten Funksignalen kann durch Reflexion ein unerwünschter Leistungseintrag in Bereiche einer Industrie- und/oder Produktionsanlage erfolgen, die explosionsgefährlich oder aus anderen Gründen vor einem übermäßigen Funk-Leistungseintrag zu schützen ist. Durch manuelle Konfiguration der Abstrahlprofile der Antennen bzw. die Wahl entsprechender Antennen für die einzelnen Sensorknoten im Netz können solche Probleme umgangen werden, erfordern aber, dass das Sensornetz manuell konfiguriert wird. Das Hinzufügen neuer Netzknoten erfolgt entsprechend auch manuell.Radio antennas generally radiate their power omnidirectionally in all directions. Even in the case of directionally emitted radio signals, reflection can result in an undesired input of power in areas of an industrial and / or production system which is explosive or must be protected against excessive radio power input for other reasons. Through manual configuration The radiation profiles of the antennas or the selection of appropriate antennas for the individual sensor nodes in the network can circumvent such problems, but require that the sensor network be configured manually. Accordingly, new network nodes are added manually.

Der Betrieb eines autonomen Ad-Hoc Netzes (vermaschten Netzes) ist hingegen in einem solchen Fall problematisch, da in der Regel neue Netzknoten nicht wissen, in welche Bereiche möglichst keine Funkleistung eingebracht werden darf. In vielen Protokollen für das Management von Ad-Hoc-Netzen „melden“ sich die neuen Netzknoten nach dem Einschalten automatisch (z.B. durch das Aussenden von Signalen), um anderen Netzknoten auf ihre Präsenz aufmerksam zu machen. Dabei besteht die Gefahr, dass neue Netzknoten auch in zu schützende Bereiche Funksignale mit unerwünscht hoher Leistung aussenden.The operation of an autonomous ad-hoc network (meshed network), on the other hand, is problematic in such a case, since new network nodes generally do not know in which areas radio power should not be brought in, if possible. In many protocols for the management of ad-hoc networks, the new network nodes automatically “report” after they are switched on (e.g. by sending signals) to make other network nodes aware of their presence. There is a risk that new network nodes will transmit radio signals with undesirably high performance even in areas to be protected.

US 2014/0335846 A1 offenbart ein System zum Einschränken des Betriebs von drahtlosen Vorrichtungen, z. B. Handys, umfassend eine Steuerung und eine Vielzahl von Sensoren. Das System schränkt die Geräteverwendung ein und erlaubt Notrufe. Die Sensoren empfangen Übertragungen von Vorrichtungen und verwenden die Übertragungen zur Identifizierung und zum Bestimmen, ob sich eine Vorrichtung innerhalb einer Sperrzone befindet, beispielsweise mittels Triangulation. US 2010/0265895 A1 offenbart ein Verfahren zur gerichteten Ad-hoc-Kommunikation im Wettbewerbszugangszeitraum. US 2016/0014118 A1 betrifft ein Zugriffssteuerungsverfahren, Authentifizierungsverfahren und Authentifizierungsvorrichtung. Aus US 2015/0089606 A1 geht ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verwaltung eines flächenbeschränkten Netzwerks sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Empfangen von Bereichsschlüsseln. Aus US 2015/0373618 A1 geht ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur direktionalen Mesh-Initialisierung hervor. US 2014/0335846 A1 discloses a system for restricting the operation of wireless devices, e.g. B. cell phones, comprising a controller and a variety of sensors. The system limits device use and allows emergency calls. The sensors receive transmissions from devices and use the transmissions to identify and determine whether a device is within a restricted zone, for example by triangulation. US 2010/0265895 A1 discloses a method for targeted ad hoc communication in the competition access period. US 2016/0014118 A1 relates to an access control method, authentication method and authentication device. Out US 2015/0089606 A1 goes a method and an apparatus for managing an area-restricted network and a method and an apparatus for receiving area keys. Out US 2015/0373618 A1 shows a method and a device for directional mesh initialization.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Von diesem Hintergrund ausgehend stellt sich die technische Aufgabe, eine Methode vorzuschlagen, die es neuen Knoten erlaubt, sich selbständig (möglichst ohne manuelle Konfiguration) in ein bestehendes vermaschtes Netz zu integrieren, ohne jedoch dabei Funksignale in einen „gesperrten“ Bereich zu senden. Dieser Bereich wird im Folgenden auch als „Sperrgebiet“ oder „Sperrzone“ bezeichnet. Ein solcher „gesperrter“ Bereich kann beispielsweise ein Bereich sein, in dem Funksignale nur mit einer Energiedichte kleiner einem vorgegebenen Schwellenwerts gesendet werden dürfen. Die maximale Energiedichte, die in einen solchen Bereich eingebracht werden darf kann beispielsweise durch eine Norm oder Standard vorgegeben sein, oder kann aber auch anwendungsspezifisch festgelegt werden. Alternativ kann ein solcher „gesperrter“ Bereich auch aus anderen Gründen als solcher definiert werden.Based on this background, the technical task arises to propose a method that allows new nodes to integrate themselves into an existing meshed network independently (if possible without manual configuration), but without sending radio signals into a “blocked” area. This area is also referred to below as the "restricted area" or "restricted zone". Such a “blocked” area can be, for example, an area in which radio signals may only be transmitted with an energy density less than a predetermined threshold value. The maximum energy density that may be introduced into such an area can be specified, for example, by a norm or standard, or it can also be determined on an application-specific basis. Alternatively, such a "blocked" area can also be defined as such for other reasons.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung sendet ein neuer Funkknoten, der in ein vermaschtes Netz (auch als „Mesh-Netz“ bezeichnet, z.B. eine autonomes Ad-Hoc-Netz) integriert werden soll, zunächst nicht selbständig Signale aus. Der neue Funkknoten versucht zunächst Signale von anderen Netzknoten, die bereits im Netz integriert sind, zu empfangen. Die Signale, die von den anderen im Netz bereits integrierten Funkknoten ausgesendet werden, zeigen die Verfügbarkeit des Mesh-Netzes an und sind dergestalt, dass sie den neuen Funkknoten in die Lage versetzen, die relative Richtung des Senders zu bestimmen. Diese Signale werden im Folgenden auch als Funkbaken-Signale bezeichnet. Der neue Funkknoten, der ein solches Funkbaken-Signal empfängt, kann anhand des Signals die relative Richtung bestimmen, aus der das Signal empfangen wurde und diese Information dazu nutzen, seine Funksignale in diese Richtung auszurichten. So kann sichergestellt werden, dass beim Aussenden der Funksignale ein vorgegebener „gesperrter“ Bereich ausgespart wird. Da der neue Funkknoten aus der ermittelten Richtung zuvor ein Funkbaken-Signal empfangen hat, kann er davon ausgehen, dass entlang dieser Ausstrahlrichtung kein „gesperrter“ Bereich liegen kann.According to one aspect of the invention, a new radio node that is to be integrated into a meshed network (also referred to as a “mesh network”, for example an autonomous ad hoc network) does not initially send out signals independently. The new radio node first tries to receive signals from other network nodes that are already integrated in the network. The signals transmitted by the other radio nodes already integrated in the network indicate the availability of the mesh network and are such that they enable the new radio node to determine the relative direction of the transmitter. These signals are also referred to below as radio beacon signals. The new radio node, which receives such a beacon signal, can use the signal to determine the relative direction from which the signal was received and can use this information to align its radio signals in this direction. In this way it can be ensured that a predetermined “blocked” area is left out when the radio signals are transmitted. Since the new radio node previously received a beacon signal from the determined direction, it can assume that there can be no “blocked” area along this direction of transmission.

Das vom neuen Funkknoten ausgesendete Signal hat eine Registrierungsfunktion. Der im Netz integrierte Funkknoten, der ein solches Registrierungssignal vom neuen Funkknoten empfängt, kann den Funkknoten in das Netz integrieren und beispielsweise eine Bestätigung der Registrierung im Netz, sowie optionale weitere Konfigurationsinformationen zusenden. Sofern der neue Netzknoten mehrere Funkbaken-Signale von anderen Funkknoten empfängt, kann der neue Netzknoten einen Funkknoten, an den er antwortet auswählen. Die Funkknoten können mittels Beamforming (auch: spatial filtering) die eigenen Funksignale in eine bestimmte Richtung ausrichten, um so ein oder mehrere „gesperrte“ Bereiche auszusparen. Beamforming erlaubt es durch Signalverarbeitung die Sendeleistung eines von einem Antennenarray ausgesehenen Funksignale in eine bestimmte Richtung zu lenken.The signal transmitted by the new radio node has a registration function. The radio node integrated in the network, which receives such a registration signal from the new radio node, can integrate the radio node into the network and, for example, send confirmation of registration in the network and optional further configuration information. If the new network node receives several beacon signals from other radio nodes, the new network node can select a radio node to which it answers. The radio nodes can use beamforming (also: spatial filtering) to align their own radio signals in a certain direction in order to avoid one or more "blocked" areas. Beamforming allows the transmission power of a radio signal viewed by an antenna array to be directed in a certain direction by signal processing.

Eine Ausführungsform gemäß diesem Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Integration eines neuen Funkknotens in einem vermaschten Netz, das im Bereich mindestens eines Sperrgebiets liegt, in das bzw. die - beispielsweise - Funksignale nur mit einer Energiedichte kleiner einem vorgegebenen Schwellenwerts gesendet werden dürfen. Gemäß diesem Verfahren senden mehrere im vermaschten Netz bereits integrierten Funkknoten Funkbaken-Signale aus. Jeder der integrierten Funkknoten sendet das jeweilige Funkbaken-Signals relativ zu seiner Position in alle Richtungen aus, spart dabei aber den Bereich des mindestens einen Sperrgebiets aus. Bevor der neue Funkknoten erstmals sendet, empfängt er mindestens ein Funkbaken-Signal der von den integrierten Funkknoten ausgesendeten Funkbaken-Signale. Für jedes von den integrierten Funkknoten ausgesendete und vom neuen Funkknoten empfangene Funkbaken-Signal, ermittelt der neue Funknoten basierend auf dem jeweiligen empfangenen Funkbaken-Signal die relative Richtung des das empfangene Funkbaken-Signal aussendenden und im vermaschten Netz bereits integrierten Funkknotens, um anschließend eine Registrierungs-Nachricht an einen im vermaschten Netz bereits integrierten Funkknoten, von dem ein Funkbaken-Signal empfangen wurde, gerichtet zu senden. Der neue Funkknoten strahlt dabei das die Registrierungs-Nachricht enthaltene Funksignal mittels Strahlformung so gerichtet in die ermittelte relative Richtung des bereits integrierten Funkknotens ab (z.B. mittels Beamforming des von einem Antennenarray des neuen Funkknoten abgestrahlten Funksignals), dass das Funksignal nicht oder nur mit einer Energiedichte kleiner dem vorgegebenen Schwellenwerts in das mindestens eine Sperrgebiet abgestrahlt wird. Der eine integrierte Funkknoten empfängt die Registrierungs-Nachricht und bestätigt die Integration des neuen Funkknoten in das vermaschte Netz.An embodiment according to this aspect of the invention relates to a method for integrating a new radio node in a meshed network, which is in the area of at least one restricted area, into which radio signals, for example, may only be transmitted with an energy density less than a predetermined threshold. According to this method, several radio nodes already integrated in the meshed network transmit radio beacon signals. Each of the integrated The radio beacon sends the respective beacon signal relative to its position in all directions, but saves the area of the at least one restricted area. Before the new radio node transmits for the first time, it receives at least one radio beacon signal from the radio beacon signals transmitted by the integrated radio node. For each radio beacon signal transmitted by the integrated radio node and received by the new radio node, the new radio node determines, based on the respective radio beacon signal received, the relative direction of the radio beacon signal emitting the received radio beacon signal and already integrated in the meshed network, in order to subsequently register -Send a message to a radio node that is already integrated in the meshed network and from which a radio beacon signal has been received. The new radio node emits the radio signal containing the registration message by means of beam shaping in the determined relative direction of the already integrated radio node (for example by beamforming the radio signal emitted by an antenna array of the new radio node) that the radio signal does not or only with an energy density smaller than the predetermined threshold is emitted into the at least one restricted area. One integrated radio node receives the registration message and confirms the integration of the new radio node into the meshed network.

In einer weiteren Ausführungsform kann der neue Funkknoten einen integrierten Funkknotens, an den die Registrierungs-Nachricht gesendet wird, aus den integrierten Funkknoten, von denen ein Funkbaken-Signal empfangen wurde, auswählen. Der neue Funkknoten kann so beispielsweise, sofern er mehrere Funkbaken-Signale unterschiedlicher Knoten empfangen hat, einen bevorzugten Funkknoten, bei dem er sich registrieren will, auswählen. Dabei kann er beispielsweise den Funkknoten auswählen, von dem das Funkbaken-Signal mit der stärksten Signalleistung empfangen wird.In a further embodiment, the new radio node can select an integrated radio node to which the registration message is sent from the integrated radio nodes from which a beacon signal was received. The new radio node can, for example, if it has received several radio beacon signals from different nodes, select a preferred radio node with which it wants to register. For example, he can select the radio node from which the radio beacon signal with the strongest signal power is received.

Der neue Funkknoten muss nach seiner Aktivierung nicht sofort auf das erste Funkbaken-Signal, das er empfängt reagieren. In einer Ausführungsform wird der neue Funkknoten nach seiner Aktivierung zunächst für eine vorbestimmte Zeitspanne in einem Zuhör-Modus betrieben, in dem der neue Funkknoten nicht selbst sendet und versucht, Funkbaken-Signale von im vermaschten Netz integrierter Funkknoten zu empfangen, um die jeweilige relative Richtung der im vermaschten Netz integrierter Funkknoten basierend auf dem jeweiligen empfangenen Funkbaken-Signal zu bestimmen. Beispielsweise kann nach Ablauf der vorbestimmten Zeitspanne der neue Funkknoten einen integrierten Funkknoten auswählen, an den die Registrierungsnachricht gesendet wird. Alternativ kann aber der neue Funkknoten die Registrierungsnachricht auch an denjenigen Funkknoten senden, von dem er zuerst ein Funkbaken-Signal empfängt.The new radio node does not have to react immediately to the first radio beacon signal that it receives after it has been activated. In one embodiment, after its activation, the new radio node is initially operated in a listening mode for a predetermined period of time, in which the new radio node does not transmit itself and attempts to receive beacon signals from radio nodes integrated in the meshed network, in the respective relative direction determine the radio node integrated in the meshed network based on the respective radio beacon signal received. For example, after the predetermined period of time has elapsed, the new radio node can select an integrated radio node to which the registration message is sent. Alternatively, however, the new radio node can also send the registration message to the radio node from which it first receives a radio beacon signal.

Sofern der neue Funkknoten mehrere Funkbaken-Signale empfangen hat, kann der neue Funkknoten in einer Ausführungsform der Erfindung auch seine relative Position bezüglich der anderen Funkknoten basierend auf den empfangen Funkbaken-Signalen und/oder anderen Funksignalen, die von den bereits im vermaschten Netz integrierten Funkknoten empfangen wurden, durch Triangulation bestimmen. Dazu sollte der neue Funkknoten möglichst von vier bereits im Netz integrierten Funkknoten Funkbaken-Signale empfangen. Die vier Funkknoten sollten dabei mit dem neuen Funkknoten hinsichtlich der Signalrichtung nicht auf einer Linie liegen (also einen konvexen Raum aufspannen).If the new radio node has received several radio beacon signals, the new radio node in one embodiment of the invention can also determine its relative position with respect to the other radio nodes based on the received radio beacon signals and / or other radio signals from the radio nodes already integrated in the meshed network received by triangulation. For this purpose, the new radio node should receive radio beacon signals from four radio nodes that are already integrated in the network, if possible. The four radio nodes should not be in line with the new radio node with regard to the signal direction (i.e. span a convex space).

In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das vermaschte Netz initial mindestens vier integrierte Funkknoten, die einen nicht konvexen Raum aufspannen. Es ist also sichergestellt, dass der neue Funkknoten (d.h. bezüglich der Empfangsrichtung der Signale durch den neuen Funkknoten) und die bereits im Netz integrierten Funkknoten nicht auf einer Linie liegen. Die vier Funkknoten, die das initiale vermaschten Netz bilden, können mit Konfigurationsinformationen manuell konfiguriert werden. Dies kann beispielsweise über eine im Funkknoten integrierte Schnittstelle, die drahtgebunden oder drahtlos sein kann geschehen. Die Konfigurationsinformationen umfassen dabei mindestens die folgende Informationen: Positionsinformationen, die die absolute Position des jeweiligen Funkknotens in einem Bezugskoordinatensystem festlegen; Sperrgebietsinformationen, die das mindestens eine Sperrgebiet in dem Bezugskoordinatensystem definieren; und optional, Karteninformationen einer topologischen Karte der Umgebung des Funkknotens oder des Netzes.In one embodiment of the invention, the meshed network initially comprises at least four integrated radio nodes that span a non-convex space. It is thus ensured that the new radio node (i.e. with regard to the direction of reception of the signals by the new radio node) and the radio nodes already integrated in the network are not in line. The four radio nodes that form the initial meshed network can be configured manually with configuration information. This can be done, for example, via an interface integrated in the radio node, which can be wired or wireless. The configuration information in this case comprises at least the following information: position information which defines the absolute position of the respective radio node in a reference coordinate system; Restricted area information defining the at least one restricted area in the reference coordinate system; and optionally, map information of a topological map of the environment of the radio node or the network.

In einer Ausführungsform der Erfindung sendet jeder im Netz bereits integrierte Funkknoten sein Funkbaken-Signal gerastert aus, wobei das mindestens eine Sperrgebiet ausgespart wird. Dabei senden die Funkknoten jeweils Funkbaken-Signale in mehreren Schritten in einem Abstrahl-Sektor aus (d.h. in mehrere Untersektoren unterteilt mit möglichst kleinen Öffnungswinkel der Untersektors), so dass die Funkbaken-Signale den Abstrahl-Sektor des jeweiligen Funkknotens überstreichen.In one embodiment of the invention, each radio node already integrated in the network transmits its radio beacon signal in a rasterized manner, the at least one restricted area being left out. The radio nodes each send out beacon signals in several steps in a radiation sector (i.e. divided into several sub-sectors with the smallest possible opening angle of the sub-sector), so that the radio beacon signals sweep over the radiation sector of the respective radio node.

In einer weiteren Ausführungsform kann ein integrierter Funkknoten basierend auf einem vom neuen Funkknoten empfangenen Funksignal, das die Registrierungs-Nachricht enthält, die relative Richtung des neuen Funkknotens ermitteln. Der integrierte Funkknoten kann ein Funksignal mittels Strahlformung gerichtet in die ermittelte relative Richtung des neuen Funkknotens abstahlen. Dieses Funksignal kann eine Bestätigung der Integration des neuen Funkknoten in das vermaschte Netz enthalten. Das Funksignal wird so nicht oder nur mit einer Energiedichte kleiner dem vorgegebenen Schwellenwerts in das mindestens eine Sperrgebiet abgestrahlt wird.In a further embodiment, an integrated radio node can determine the relative direction of the new radio node based on a radio signal which contains the registration message and which is received by the new radio node. The integrated radio node can radiate a radio signal by beam shaping in the determined relative direction of the new radio node. This radio signal can be a confirmation of the integration of the new Radio nodes included in the meshed network. The radio signal is thus not radiated into the at least one restricted area or only with an energy density less than the predetermined threshold value.

Das Bestätigen der Integration des neuen Funkknotens im vermaschten Netz durch den einen integrierten Funkknoten umfasst beispielsweise das Senden von Positionsinformationen, die die absolute Position des einen integrierten Funkknoten in einem Bezugskoordinatensystem identifizieren, und das Senden von Sperrgebietsinformationen, die das mindestens eine Sperrgebiet in dem Bezugskoordinatensystem identifizieren. Die Positionsinformationen können optional zusätzlich die absolute Position anderer bereits im vermaschten Netz integrierten Funkknoten in dem Bezugskoordinatensystem identifizieren, die dem integrierten Funkknoten, der die Registrierungsnachricht erhalten hat, bekannt sind. Der neue Funkknoten kann seine eigene absolute Position im Bezugskoordinatensystem basierend auf einer durch Triangulation ermittelten eigenen relativen Position und den Positionsinformationen anderer integrierter Funkknoten im Bezugskoordinatensystem bestimmen. Die so ermittelte absolute Position des neuen Funkknotens im Bezugskoordinatensystem kann der neue Funkknoten anschließend zumindest dem einen integrierten Funkknoten mittels einer weiteren Nachricht mitteilen. Das die ermittelte absolute Position des neuen Funkknotens enthaltende Funksignal wird vom neuen Funkknoten ebenfalls mittels Strahlformung (Beamforming) gerichtet in die ermittelte relative Richtung des integrierten Funkknotens abstrahlt, so dass das Funksignal nicht oder nur mit einer Energiedichte kleiner dem vorgegebenen Schwellenwerts in das mindestens eine Sperrgebiet abgestrahlt wird.Confirming the integration of the new radio node in the meshed network by the one integrated radio node includes, for example, sending position information that identifies the absolute position of the one integrated radio node in a reference coordinate system and sending blocked area information that identifies the at least one blocked area in the reference coordinate system , The position information can optionally additionally identify the absolute position of other radio nodes already integrated in the meshed network in the reference coordinate system, which are known to the integrated radio node that received the registration message. The new radio node can determine its own absolute position in the reference coordinate system based on its own relative position determined by triangulation and the position information of other integrated radio nodes in the reference coordinate system. The new radio node can then communicate the absolute position of the new radio node in the reference coordinate system determined in this way to at least one integrated radio node by means of a further message. The radio signal containing the determined absolute position of the new radio node is also directed by the new radio node by means of beam shaping (beamforming) in the determined relative direction of the integrated radio node, so that the radio signal does not or only with an energy density lower than the predetermined threshold value in the at least one restricted area is emitted.

In einer anderen Ausführungsform wählt der neue Funkknoten einen anderen im vermaschten Netz bereits integrierten Funkknoten aus, von dem ein Funkbaken-Signal empfangen wurde, wenn der neue Funkknoten innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne nach dem Aussenden der Registrierungs-Nachricht keine Bestätigung seiner Integration in das vermaschte Netz durch den einen integrierten Funkknoten empfängt, und sendet eine weitere (zweite) Registrierungs-Nachricht an den anderen integrierten Funkknoten gerichtet aus. Das zweite Registrierungs-Nachricht enthaltene Funksignal wird mittels Strahlformung gerichtet in eine ermittelte relative Richtung des anderen ausgewählten integrierten Funkknotens abstrahlt, so dass das Funksignal möglichst nicht in das mindestens eine Sperrgebiet abgestrahlt wird.In another embodiment, the new radio node selects another radio node that is already integrated in the meshed network and from which a radio beacon signal was received if the new radio node did not confirm its integration into the meshed network within a predetermined period of time after the registration message was sent receives through the one integrated radio node, and sends another (second) registration message directed to the other integrated radio node. The radio signal contained in the second registration message is directed by means of beam shaping in a determined relative direction of the other selected integrated radio node, so that the radio signal is preferably not radiated into the at least one restricted area.

Eine weitere Ausführungsform gemäß der Erfindung betrifft einen Funkknoten zur Verwendung in einem vermaschten Netz, das im Bereich mindestens eines Sperrgebiets liegt, in das bzw. die nur Funksignale mit einer Energiedichte kleiner einem vorgegebenen Schwellenwerts gesendet werden dürfen. Der Funkknoten umfasst einen Sende-Empfänger zum Empfangen von Funkbaken-Signalen von mehreren im vermaschten Netz bereits integrierten anderen Funkknoten, wobei der Sende-Empfänger angepasst ist, nicht selbst zu senden bevor ein Funkbaken-Signal empfangen wurde; und eine Prozessoreinheit, um für jedes vom Sende-Empfänger empfangene Funkbaken-Signal basierend auf dem jeweiligen empfangenen Funkbaken-Signal eine relative Richtung des das jeweilige empfangene Funkbaken-Signal aussendenden anderen Funkknotens bezüglich des Funkknotens zu ermitteln. Der Sende-Empfänger ist ferner zum gerichteten Senden einer Registrierungs-Nachricht an einen im vermaschten Netz bereits integrierten anderen Funkknoten, von dem ein Funkbaken-Signal empfangen wurde, eingerichtet. Ferner ist der Sende-Empfänger so eingerichtet, dass er das die Registrierungs-Nachricht enthaltene Funksignal mittels Strahlformung gerichtet in die ermittelte relative Richtung des einen im vermaschten Netz bereits integrierten anderen Funkknotens abstrahlt, so dass das Funksignal nicht oder nur mit einer Energiedichte kleiner dem vorgegebenen Schwellenwerts in das mindestens eine Sperrgebiet abgestrahlt wird. Der Sende-Empfänger ist ferner zum Empfangen einer Bestätigungsnachricht von dem einen im vermaschten Netz bereits integrierten anderen Funkknoten eingerichtet ist, wobei die Bestätigungsnachricht die Integration des neuen Funkknoten in das vermaschte Netz durch den einen integrierten Funkknoten bestätigt.A further embodiment according to the invention relates to a radio node for use in a meshed network, which lies in the area of at least one restricted area, into which only radio signals with an energy density less than a predetermined threshold value may be sent. The radio node comprises a transceiver for receiving beacon signals from several other radio nodes already integrated in the meshed network, the transceiver being adapted not to transmit itself before a beacon signal has been received; and a processor unit for determining, for each radio beacon signal received by the transceiver, based on the respective received radio beacon signal, a relative direction of the other radio node which emits the respective received radio beacon signal with respect to the radio node. The transceiver is also set up for the directed transmission of a registration message to another radio node that is already integrated in the meshed network and from which a radio beacon signal has been received. Furthermore, the transceiver is set up in such a way that it radiates the radio signal containing the registration message by means of beam shaping in the determined relative direction of the other radio node already integrated in the meshed network, so that the radio signal does not or only with an energy density lower than the predetermined one Threshold value in which at least one restricted area is emitted. The transceiver is also set up to receive a confirmation message from one of the other radio nodes already integrated in the meshed network, the confirmation message confirming the integration of the new radio node into the meshed network by the one integrated radio node.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Prozessoreinheit zum Auswählen des einen integrierten anderen Funkknotens, an den die Registrierungs-Nachricht gesendet wird, aus den integrierten Funkknoten, von denen ein Funkbaken-Signal empfangen wurde, eingerichtet.In a further embodiment, the processor unit is set up to select the one other integrated radio node to which the registration message is sent from the integrated radio nodes from which a beacon signal was received.

Der Funkknoten wird in einer weiteren Ausführunsgform der Erfindung nach seiner Aktivierung zunächst für eine vorbestimmte Zeitspanne in einem Zuhör-Modus betrieben, in dem der Sende-Empfänger eingerichtet ist, nicht selbst zu senden und versucht, Funkbaken-Signale von im vermaschten Netz integrierter anderen Funkknoten zu empfangen und die relative Richtung der im vermaschten Netz integrierter anderen Funkknoten basierend auf dem jeweiligen empfangenen Funkbaken-Signal zu bestimmen. Der Sende-Empfänger kann beispielsweise nach Ablauf der vorbestimmten Zeitspanne den einen integrierten anderen Funkknoten auswählen, an den die Registrierungsnachricht gesendet wird. Alternativ ist der Sende-Empfänger eingerichtet, die Registrierungsnachricht an den bereits im vermaschten Netz integrierten anderen Funkknoten senden, von dem er zuerst ein Funkbaken-Signal empfängt.In a further embodiment of the invention, the radio node is initially operated in a listening mode in which the transceiver is set up after it has been activated, in which the transceiver is set up not to transmit itself and attempts to send beacon signals from other radio nodes integrated in the meshed network to receive and to determine the relative direction of the other radio nodes integrated in the meshed network based on the respective received radio beacon signal. After the predetermined period of time has elapsed, for example, the transceiver can select the other integrated radio node to which the registration message is sent. Alternatively, the transceiver is set up to send the registration message to the other radio node already integrated in the meshed network, from which it first receives a radio beacon signal.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Prozessoreinheit zum Bestimmen der relativen Position des Funkknotens durch Triangulation basierend auf mehreren empfangen Funkbaken-Signalen und/oder anderen Funksignalen, die von den bereits im vermaschten Netz integrierten anderen Funkknoten empfangen wurden, eingerichtet. In a further embodiment, the processor unit is set up to determine the relative position of the radio node by triangulation based on a plurality of received radio beacon signals and / or other radio signals which have been received by the other radio nodes already integrated in the meshed network.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Sende-Empfänger eingerichtet zum: Empfangen von Positionsinformationen, die die absolute Position des einen integrierten andere Funkknoten in einem Bezugskoordinatensystem identifizieren; und Empfangen von Sperrgebietsinformationen, die das mindestens eine Sperrgebiet in dem Bezugskoordinatensystem identifizieren. Die Positionsinformationen können optional ferner die jeweilige absolute Position anderer bereits im vermaschten Netz integrierter Funkknoten in dem Bezugskoordinatensystem identifiziert, die dem einen integrierten anderen Funkknoten bekannt sind.According to a further embodiment, the transceiver is set up to: receive position information which identifies the absolute position of the one other integrated radio node in a reference coordinate system; and receiving restricted area information identifying the at least one restricted area in the reference coordinate system. The position information can optionally also identify the respective absolute position of other radio nodes already integrated in the meshed network in the reference coordinate system, which are known to the one integrated other radio node.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Prozessoreinheit eingerichtet, die eigene absolute Position des Funkknoten im Bezugskoordinatensystem basierend auf einer durch Triangulation ermittelten eigenen relativen Position und den Positionsinformationen von mindestens dem einen integrierten Funkknoten im Bezugskoordinatensystem zu ermitteln, und eine Mitteilung der ermittelten absoluten Position des Funkknotens im Bezugskoordinatensystem zumindest dem einen integrierten anderen Funkknoten mittels einer Nachricht zu veranlassen. Der Sende-Empfänger ist ferner eingerichtet, das die Nachricht enthaltende Funksignal mittels Strahlformung gerichtet in die ermittelte relative Richtung des einen integrierten Funkknotens abzustrahlen, so dass das Funksignal nicht oder nur mit einer Energiedichte kleiner dem vorgegebenen Schwellenwerts in das mindestens eine Sperrgebiet abgestrahlt wird. Der Sende-Empfänger kann ferner eingerichtet sein, die ermittelte absolute Position des neuen Funkknotens im Bezugskoordinatensystem dem einen integrierten Funkknoten mittels der Registrierungsnachricht zu senden.In a further embodiment, the processor unit is set up to determine the own absolute position of the radio node in the reference coordinate system based on an own relative position determined by triangulation and the position information of at least one integrated radio node in the reference coordinate system, and a notification of the determined absolute position of the radio node in the To cause the reference coordinate system at least the one other integrated radio node by means of a message. The transceiver is also set up to emit the radio signal containing the message by means of beam shaping in the determined relative direction of the one integrated radio node, so that the radio signal is not emitted into the at least one restricted area or only with an energy density smaller than the predetermined threshold value. The transceiver can also be set up to send the determined absolute position of the new radio node in the reference coordinate system to the one integrated radio node by means of the registration message.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Prozessoreinheit des Funkknotens ferner eingerichtet, einen anderen im vermaschten Netz bereits integrierten Funkknoten, von dem ein Funkbaken-Signal empfangen wurde auszuwählen, wenn der Funkknoten innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne nach dem Aussenden der Registrierungs-Nachricht keine Bestätigung seiner Integration in das vermaschte Netz durch den einen integrierten Funkknoten empfängt. Der Sende-Empfänger kann ferner eingerichtet sein, eine zweite Registrierungs-Nachricht an den anderen integrierten Funkknoten gerichtet zu senden, und das die zweite Registrierungs-Nachricht enthaltene Funksignal mittels Strahlformung gerichtet in eine ermittelte relative Richtung des anderen ausgewählten integrierten Funkknotens abzustrahlen, so dass das Funksignal nicht in das mindestens eine Sperrgebiet abgestrahlt wird.According to a further embodiment, the processor unit of the radio node is also set up to select another radio node which is already integrated in the meshed network and from which a radio beacon signal has been received if the radio node does not confirm its integration into a predetermined period after the registration message has been sent the meshed network receives an integrated radio node. The transceiver can also be set up to send a second registration message directed to the other integrated radio node, and to radiate the radio signal containing the second registration message in a determined relative direction of the other selected integrated radio node by means of beam shaping, so that this Radio signal is not radiated into the at least one restricted area.

Eine andere Ausführungsform betrifft einen Funkknoten zur Verwendung in einem vermaschten Netz, das im Bereich mindestens eines Sperrgebiets liegt, in das bzw. die nur Funksignale mit einer Energiedichte kleiner einem vorgegebenen Schwellenwerts gesendet werden dürfen. Es wird angenommen, dass der Funkknoten bereits im vermaschten Netz integriert ist und der Funkknoten umfasst einen Sende-Empfänger zum Senden eines Funkbaken-Signals, wobei der Sende-Empfänger eingerichtet ist, das Funkbaken-Signal gerastert auszusenden, wobei das mindestens eine Sperrgebiet ausgespart wird; wobei der Sende-Empfänger ferner zum Empfangen einer Funksignals, das eine Registrierungs-Nachricht von einem anderen nicht im vermaschten Netz integrierten Funkknoten enthält. Der Funkknoten umfasst auch eine Prozessoreinheit zum Ermitteln der relativen Richtung des anderen Funkknotens basierend auf dem vom anderen Funkknoten empfangenen Funksignals. Der Sende-Empfänger kann ferner zum Senden einer Bestätigungsnachricht an den anderen Funkknoten eingerichtet sein, wobei die Bestätigungsnachricht die Integration des neuen Funkknoten in das vermaschte Netz durch den einen integrierten Funkknoten bestätigt. Ferner kann der Sende-Empfänger das die Bestätigungsnachricht enthaltende Funksignal mittels Strahlformung gerichtet in die ermittelte relative Richtung des anderen Funkknotens abstrahlen so dass das Funksignal nicht oder nur mit einer Energiedichte kleiner dem vorgegebenen Schwellenwerts in das mindestens eine Sperrgebiet abgestrahlt wird.Another embodiment relates to a radio node for use in a meshed network, which lies in the area of at least one restricted area, into which only radio signals with an energy density less than a predetermined threshold value may be sent. It is assumed that the radio node is already integrated in the meshed network and the radio node comprises a transceiver for transmitting a radio beacon signal, the transceiver being set up to transmit the radio beacon signal in a rasterized manner, the at least one restricted area being left out ; the transceiver further receiving a radio signal containing a registration message from another radio node not integrated in the meshed network. The radio node also includes a processor unit for determining the relative direction of the other radio node based on the radio signal received by the other radio node. The transceiver can also be set up to send a confirmation message to the other radio node, the confirmation message confirming the integration of the new radio node into the meshed network by the one integrated radio node. Furthermore, the transceiver can use beam shaping to radiate the radio signal containing the confirmation message in the determined relative direction of the other radio node, so that the radio signal is not radiated into the at least one restricted area, or only with an energy density lower than the predetermined threshold value.

Figurenlistelist of figures

Ausführungsformen der Erfindung werden Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren näher erläutert.

  • 1 zeigt ein beispielhaftes Sensornetz, das aus vier bereits in das Netz integrierten Knoten A, B, C, und D steht, und in das ein neuer Netzknoten X integriert werden soll, wobei im Bereich des Sensornetzes ein Sperrgebiet liegt,
  • 2 zeigt das Sensornetz aus 1, nachdem der Knoten X im Sensornetz integriert wurde,
  • 3 zeigt die Berücksichtigung von topologischen Gegebenheiten, zum Beispiel Gebäuden G1, Bestimmung der Abstrahlung-Sektoren, in denen der Netzknoten X seine Funksignale aussendet, um zu verhindern, dass Funksignale in das Sperrgebiet abgestrahlt werden,
  • 4 zeigt ein Flussdiagrammgemäß einer Ausführungsform der Erfindung, dass die einzelnen Operationen des neuen Netzknoten, zum Beispiel Netzknoten X, und eines bereits im Netzwerk integrierten Knotens, zum Beispiel Knoten A, die ausgeführt werden, um den neuen Netzknoten im Netz zu integrieren,
  • 5 zeigt ein Flussdiagrammgemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, dass die einzelnen Operationen des neuen Netzknoten, zum Beispiel Netzknoten X, und eines bereits im Netzwerk integrierten Knotens, zum Beispiel Knoten A, die ausgeführt werden, um den neuen Netzknoten im Netz zu integrieren
  • 6 zeigt ein Beispiel, wie der Netzknoten X basierend auf Informationen zu den Abstrahl-Sektoren der anderen im Netz integrierten Netzknoten A, B, C und D, die Lage des Sperrgebiets S1 bestimmen kann,
  • 7 illustriert beispielhaft die Definition eines dreidimensionalen Sperrgebiets,
  • 8 zeigt einen Funkknoten gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, und
  • 9 zeigt ein Beispiel von Routen zwischen den einzelnen Funkknoten des vermaschten Netzes, wie sie auf der Ebene des Routingprotokolls gebildet werden.
Embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the accompanying figures.
  • 1 shows an exemplary sensor network consisting of four nodes already integrated in the network A . B . C , and D stands, and in that a new network node X to be integrated, with a restricted area in the area of the sensor network,
  • 2 shows the sensor network 1 after the knot X was integrated in the sensor network,
  • 3 shows the consideration of topological conditions, for example buildings G1 , Determination of the radiation sectors in which the network node X transmits its radio signals to prevent radio signals from being emitted into the restricted area,
  • 4 FIG. 4 shows a flow diagram according to an embodiment of the invention that the individual operations of the new network node, for example network nodes X , and a node that is already integrated in the network, for example nodes A that are executed in order to integrate the new network node into the network,
  • 5 shows a flow diagram according to a further embodiment of the invention that the individual operations of the new network node, for example network nodes X , and a node that is already integrated in the network, for example nodes A that are executed in order to integrate the new network node in the network
  • 6 shows an example of how the network node X based on information on the radiation sectors of the other network nodes integrated in the network A . B . C and D , the location of the restricted area S1 can determine
  • 7 exemplifies the definition of a three-dimensional restricted area,
  • 8th shows a radio node according to an embodiment of the invention, and
  • 9 shows an example of routes between the individual radio nodes of the meshed network, as they are formed at the level of the routing protocol.

In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden in den Figuren gleichwirkende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen, so dass deren Beschreibung in den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen untereinander austauschbar ist.In the following description of the embodiments of the invention, elements having the same effect are provided with the same reference symbols in the figures, so that their description is interchangeable in the different exemplary embodiments.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Im Allgemeinen betrifft die Erfindung den Betrieb eines vermaschten Netzes aus mehreren Funkknoten, das ausgehend von einem initial vorhandenen Netz, das manuell konfiguriert worden sein kann, autonom und ohne zentrale Instanz zum Netzwerkmanagement betrieben werden kann. Das vermaschte Netz kann beispielsweise ein Sensor-Netz sein, das Sensoren und optional auch Aktoren enthält. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Sensornetze beschränkt. Gemäß einem Aspekt der Erfindung sind die Protokolle zur Integration neuer Funknoten im Netz selbst so ausgestaltet, dass sichergestellt werden kann, dass „gesperrte“ Gebiete beim Aussenden von Funksignalen durch die einzelnen Funkknoten ausgespart werden. Dadurch kann die in ein Sperrgebiet eingebrachte Leistungsdichte der Funksignale unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts gehalten werden, so dass in den Sperrgebiet auch Einrichtungen betrieben werden können, durch einen zu hohen Eintrag von Leistung durch die Funksignale gestört, beschädigt oder gar zum Explodieren gebracht werden könnten. Den unterschiedlichen Sperrgebieten können dabei unterschiedliche Schwellenwerte zugewiesen werden. Bei dem vermaschten Netz kann es sich beispielhaft um Ad-hoc-Netz handeln, dass in einer Industrie- oder Produktionsanlage betrieben wird. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Erfindung lässt sich auch in anderen Sensornetzen nutzen, die beispielsweise Parameter in Haushalten erfassen (z.B. den Energieverbrauch, Gasverbrauch, Fernwärmeverbrauch, etc.) und an eine zentrale Einheit übertragen, wobei die Haushalte in einem Bereich liegen, der auch ein Sperrgebiet im Sinne dieser Erfindung umfasst. Ein weiteres beispielhaftes Einsatzgebiet eines erfindungsgemäßen vermaschten Netzes sind Industrie- und/oder Produktionsanlagen oder auch Labore, die empfindliche Messtechnik einsetzten, die durch den Leistungseintrag elektromagnetischer Funkwellen gestört werden könnte. Die Erfindung kann auch eingesetzt werden um sicherheitskritische Aspekte zu adressieren: Beispielsweise dürfen in Justizvollzugsanstalten die Insassen keinen Funkempfang haben. Ein weiteres Beispiel und auch sicherheitskritischen Anlagen, in denen Signale nur innerhalb der Anlage erfassbar sein dürfen.In general, the invention relates to the operation of a meshed network comprising a plurality of radio nodes, which can be operated autonomously and without a central authority for network management, starting from an initially existing network that can be configured manually. The meshed network can be, for example, a sensor network that contains sensors and optionally also actuators. However, the invention is not limited to sensor networks. According to one aspect of the invention, the protocols for integrating new radio nodes in the network itself are designed in such a way that it can be ensured that “blocked” areas are left out by the individual radio nodes when radio signals are transmitted. As a result, the power density of the radio signals introduced into a restricted area can be kept below a predetermined threshold value, so that devices can also be operated in the restricted area, which could be disturbed, damaged or even caused to explode by an excessive input of power by the radio signals. Different threshold values can be assigned to the different restricted areas. The meshed network can, for example, be an ad hoc network that is operated in an industrial or production plant. However, the invention is not so limited. The invention can also be used in other sensor networks which, for example, record parameters in households (e.g. energy consumption, gas consumption, district heating consumption, etc.) and transmit them to a central unit, the households being in an area which is also a restricted area in the sense of these Invention includes. Another exemplary application of a meshed network according to the invention is industrial and / or production plants or laboratories that use sensitive measurement technology that could be disturbed by the input of electromagnetic radio waves. The invention can also be used to address safety-critical aspects: For example, in prisons, inmates must not have radio reception. Another example and also safety-critical systems in which signals may only be detectable within the system.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung sendet ein neuer Funkknoten, der in das vermaschte Netz integriert werden soll, zunächst nicht selbständig Signale aus. Vielmehr versucht der Funkknoten zunächst Signale von anderen Netzknoten, die bereits im Netz integriert sind, zu empfangen. Da die Netzknoten ihre Funksignale gerichtet innerhalb eines Abstrahl-Sektors (oder mehrere Abstrahl-Sektoren) ausstrahlen und so sicherstellen, dass das eine oder die mehreren Sperrgebiete ausgespart werden, kann der neue Funkknoten anhand der empfangenen Signale ermitteln, in welche Richtung relativ zu seiner Position kein Sperrgebiet liegt. Die Signale, die von den anderen im Netz bereits integrierten Funkknoten ausgesendet werden, zeigen die Verfügbarkeit des Mesh-Netzes an und versetzen den neuen Funkknoten in die Lage, die relative Richtung des Senders zu bestimmen. Diese Signale werden als Funkbaken-Signale bezeichnet. Der neue Funkknoten, der ein solches Funkbaken-Signal empfängt, kann anhand des Signals die relative Richtung bestimmen, aus der das Funkbaken-Signal empfangen wurde und kann diese Information dazu nutzen, seine Funksignale in diese Richtung auszurichten, um sicherzustellen, dass beim Aussenden der Funksignale ein vorgegebener Sperrbereich ausgespart wird, ohne dass der neue Funkknoten vorab die Existenz oder Position des Sperrbereichs kennen muss. Durch die Verwendung von Abstrahl-Sektoren, die die „zulässigen“ Bereiche definieren, in denen ein jeweiliger Funkknoten seine Funkleistung abstrahlen darf, wird die Nachbarschaftserkennung der Netzwerkmanagement-Protokolle des Mesh-Netzes beeinflusst (z.B. Neighbour Discovery (NDP)), da durch Limitierung der Ausstrahlrichtungen der Funksignale nicht alle möglichen Funknoten als Nachbarknoten im Netz erkannt werden und das Routing entsprechend angepasst wird.According to one aspect of the invention, a new radio node that is to be integrated into the meshed network does not initially send out signals independently. Rather, the radio node first tries to receive signals from other network nodes that are already integrated in the network. Since the network nodes radiate their radio signals within a radiation sector (or several radiation sectors) and thus ensure that the one or more restricted areas are left out, the new radio node can use the received signals to determine in which direction relative to its position there is no restricted area. The signals transmitted by the other radio nodes already integrated in the network indicate the availability of the mesh network and enable the new radio node to determine the relative direction of the transmitter. These signals are referred to as radio beacon signals. The new radio node that receives such a beacon signal can use the signal to determine the relative direction from which the beacon signal was received and can use this information to align its radio signals in this direction to ensure that when the Radio signals a predetermined restricted area is left out without the new radio node having to know in advance the existence or position of the restricted area. The use of radiation sectors that define the “permissible” areas in which a respective radio node can transmit its radio power influences the neighborhood detection of the network management protocols of the mesh network (eg Neighbor Discovery (NDP)), as it is limited the directions of transmission of the radio signals are not all possible radio nodes are recognized as neighboring nodes in the network and the routing is adapted accordingly.

Da der neue Funkknoten aus der ermittelten Richtung zuvor ein Funkbaken-Signal empfangen hat, kann er davon ausgehen, dass entlang dieser Ausstrahlrichtung kein „gesperrter“ Bereich liegt. Ferner kann der neue Funkknoten davon ausgehen, dass ein in die relative Richtung ausgestrahltes Funksignal mit hoher Wahrscheinlichkeit von einem anderen im Netz integrierten Funknoten empfangen werden kann. Das vom neuen Funkknoten ausgesendete Signal hat eine Registrierungsfunktion. Der im Netz integrierte Funkknoten, der ein solches Registrierungssignal vom neuen Funkknoten empfängt, kann den neuen Funkknoten und dem das Registrierungssignal empfangen wurde in das Netz integrieren. Ferner kann er eine Bestätigung der Registrierung im Netz, sowie optionale weitere Konfigurationsinformationen an den neuen Funkknoten senden, mit deren Hilfe der neue Funkknoten zum Beispiel seine absolute Position in einem Bezugskoordinatensystem bestimmen kann, über die Lage der einen oder mehreren Sperrgebiete im Bereich des vermaschten Netzes, und/oder über andere Funkknoten und optional deren Position im Bezugskoordinatensystem informiert wird. Sofern der neue Netzknoten mehrere Funkbaken-Signale von anderen Funkknoten empfängt, kann der neue Netzknoten in Funkknoten bei dem er sich registriert auswählen. Die Funkknoten können mittels Beamforming die eigenen Funksignale in eine bestimmte Richtung ausrichten, um so ein oder mehrere „gesperrte“ Bereiche auszusparen. Ferner erlaubt es das Beamforming die Sendeleistung möglichst umfassend in die Richtung zu senden.Since the new radio node previously received a beacon signal from the determined direction, it can assume that there is no “blocked” area along this direction of transmission. Furthermore, the new radio node can assume that a radio signal emitted in the relative direction can be received with high probability by another radio node integrated in the network. The signal transmitted by the new radio node has a registration function. The radio node integrated in the network, which receives such a registration signal from the new radio node, can integrate the new radio node and to which the registration signal was received into the network. Furthermore, he can send a confirmation of the registration in the network, as well as optional further configuration information to the new radio node, with the help of which the new radio node can determine, for example, its absolute position in a reference coordinate system, about the location of the one or more restricted areas in the area of the meshed network , and / or about other radio nodes and optionally their position in the reference coordinate system. If the new network node receives several beacon signals from other radio nodes, the new network node can select radio nodes with which it is registered. The radio nodes can use beamforming to align their own radio signals in a certain direction in order to avoid one or more "blocked" areas. Beamforming also allows the transmission power to be sent as extensively as possible in the direction.

Die grundsätzliche Funktionsweise dieses Registrierungsverfahrens zur Integration eines neuen Funkknotens in das vermaschten Netz wird im Folgenden näher mit Bezug auf 1 erläutert. 1 zeigt ein beispielhaftes vermaschtes Netz, das aus vier bereits in das Netz integrierten Knoten A, B, C, und D besteht, und in das ein neuer Netzknoten X integriert werden soll. Die im Netz integrierten Knoten A, B, C und D spannen ein vermaschtes Netz auf, in dessen Gebiet auch das Sperrgebiet S1 liegt. In 1 wird beispielhaft angenommen, dass die einzelnen Knoten A, B, C und D das initiale oder minimale Netz bilden, von dem ausgehend weitere Knoten in das vermaschten Netz integriert werden können. In diesem Fall können die Knoten A, B, C und D manuell konfiguriert worden sein, d. h. sie verfügen über eine genaue Kenntnis ihrer absoluten Position (optional auch der absoluten Position der anderen drei Funkknoten) in einem Bezugskoordinatensystem, sowie optional über topologische Informationen der Umgebung im Bereich des vermaschten Netzes und die Lage von einem oder mehreren Sperrgebieten, wie Sperrgebiet S1, die im Bereich des vermaschten Netzes liegen, und in die nach Möglichkeit keine Funksignale (und wenn nur mit einer Leistungsdichte unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts) eingebracht werden sollen. Die einzelnen Funkknoten A, B, C und D, die bereits in das Netz integriert sind, wissen daher, welchen Sektor sie auszusparen müssen, um sicherzustellen dass keine Funksignale in der Sperrgebiet S1 mit einer zu hohen Leistungsdichte eingebracht werden. In 1 werden die „zulässigen“ Abstrahl-Sektoren A1, B1, C1 und D1 gezeigt, in die die jeweiligen Funkknoten ihre Funksignale senden dürfen. Die Daten für diese initiale Konfiguration können beispielsweise über eine Schnittstelle der Funkknoten A, B, C und D eingelesen werden.The basic functioning of this registration method for integrating a new radio node into the meshed network is described in more detail below with reference to 1 explained. 1 shows an exemplary meshed network, which consists of four nodes already integrated in the network A . B . C , and D exists, and in that a new network node X should be integrated. The nodes integrated in the network A . B . C and D span a meshed network, in whose area also the restricted area S1 lies. In 1 it is assumed, for example, that the individual nodes A . B . C and D form the initial or minimum network, from which further nodes can be integrated into the meshed network. In this case, the nodes A . B . C and D have been configured manually, i.e. they have precise knowledge of their absolute position (optionally also the absolute position of the other three radio nodes) in a reference coordinate system, as well as optionally topological information about the environment in the area of the meshed network and the location of one or more restricted areas how restricted area S1 which are in the area of the meshed network and into which, if possible, no radio signals (and if only with a power density below a predetermined threshold value) should be introduced. The individual radio nodes A . B . C and D Those who are already integrated into the network therefore know which sector they need to cut out to ensure that there are no radio signals in the restricted area S1 with too high a power density. In 1 become the "permissible" radiation sectors A1 . B1 . C1 and D1 shown, in which the respective radio nodes may send their radio signals. The data for this initial configuration can be, for example, via an interface of the radio nodes A . B . C and D be imported.

Wie in 1 ersichtlich, kann der Funkknoten B nicht direkt mit dem neuen Funkknoten X kommunizieren, da das Sperrgebiet S1 zwischen den beiden Knoten auf ihrer Sichtlinie liegt. Entsprechend kann der neue Funkknoten X nur die Funkbaken-Signale BA1 , BC1 und BD1 der Funkknoten A, C und D empfangen, wie exemplarisch in 1 dargestellt wird. Die Funkbaken-Signale BA1 , BB1 , BC1 und BD1 werden von den Netzwerkknoten A, B, C und D mittels Beamforming so gerichtet ausgesendet, dass die von der jeweiligen Antenne der Funkknoten A, B, C und D ausgestrahlte Leistung im jeweiligen Abstrahl-Sektor A1, B1, C1 und D1 des jeweiligen Funkknotens ausgesendet wird. Dadurch stellen die Funkknoten sicher, dass der Leistungsantrag in der Sperrgebiet S1 unterhalb eines Schwellenwerts liegt. Der Schwellenwert kann beispielsweise anwendungsspezifisch festgelegt werden und/oder durch einen Standard vorgeschrieben sein. In einem Ausführungsbeispiel ist der Schwellenwert so gewählt, dass der Empfang (insbesondere die Dekodierung der Daten) des Funksignals in einem Sperrgebiet (z.B. Justizvollzugsanstalt) nicht möglich ist.As in 1 can be seen, the radio node B not directly with the new radio node X communicate since the restricted area S1 between the two nodes on their line of sight. The new radio node can accordingly X only the beacon signals B A1 . B C1 and B D1 the radio node A . C and D received as exemplary in 1 is pictured. The beacon signals B A1 . B B1 . B C1 and B D1 are from the network nodes A . B . C and D transmitted by means of beamforming in such a way that the radio nodes transmit from the respective antenna A . B . C and D radiated power in the respective radiation sector A1 . B1 . C1 and D1 of the respective radio node is transmitted. This ensures that the radio node ensures that the service request is in the restricted area S1 is below a threshold. The threshold value can, for example, be determined in an application-specific manner and / or be prescribed by a standard. In one exemplary embodiment, the threshold value is selected such that the reception (in particular the decoding of the data) of the radio signal in a restricted area (for example a correctional facility) is not possible.

Der neue Funkknoten X, der in das vermaschte Netz integriert werden möchte, sendet zunächst selbst keine Funksignale aus, um so sicherzustellen, dass er nicht aus Versehen ein Funksignal in ein Sperrgebiet sendet. Der Funkknoten X überwacht stattdessen den Funkkanal auf dem die Funkknoten miteinander kommunizieren und bestimmt, ob er ein oder mehrere Funkbaken-Signale von anderen Funkknoten, hier Funkknoten A, C und D, empfängt. Basierend auf diesen Funkbaken-Signalen BA1 , BC1 und BD1 der anderen Funkknoten A, C, D im vermaschten Netz kann der Funkknoten X die relative Richtung der Funkknoten A, C, D ermitteln, von denen er ein jeweiliges Funkbaken-Signal BA1 , BC1 und BD1 empfangen hat. Basierend auf der Annahme, dass die anderen Funkknoten A, C und D selbst nicht in das Sperrgebiet S1 senden dürfen, weiß der Funkknoten X, dass aus der jeweiligen relativen Richtung aus der Funkbaken-Signale BA1 , BC1 und BD1 empfangen werden nicht durch das Sperrgebiet hindurchführen können und somit der Funkknoten X in diese Richtung selbst senden kann.The new radio node X who wants to be integrated into the meshed network does not send out any radio signals to ensure that he does not accidentally send a radio signal to a restricted area. The radio node X Instead, it monitors the radio channel on which the radio nodes communicate with each other and determines whether it receives one or more radio beacon signals from other radio nodes, here radio nodes A . C and D , receives. Based on these beacon signals B A1 . B C1 and B D1 the other radio node A . C . D In the meshed network, the radio node can X the relative direction of the radio nodes A . C . D determine from which it receives a respective beacon signal B A1 . B C1 and B D1 has received. Based on the assumption that the other radio nodes A . C and D not even in the restricted area S1 the radio node knows to be able to transmit X that from the relative direction from the beacon signals B A1 . B C1 and B D1 cannot be received through the restricted area and thus the radio node X can send itself in this direction.

Der Funkknoten X kann also in eine der relativen Richtungen, aus denen er ein Funkbaken-Signal empfangen hat, selbst ein Funksignal senden, das eine Registrierung für das vermaschte Netz enthält (und damit gleichsam einen bereits integrierten Funkknoten auswählen und eine Registrierungsnachricht an diesen senden). Nach Erhalt der Registrierungsnachricht durch einen der bereits im Netz integrierten Funkknoten A, C oder D kann dieser Funkknoten den neuen Funkknoten X im Netz integrieren. Dies geschieht beispielsweise dadurch dass der jeweilige Funkknoten, der bereits im Netz integriert ist, seine Routing-Tabelle entsprechend um den Funkknoten X ergänzt optional auch die anderen Funkknoten über den neuen Funkknoten X informiert. Dazu kann der Funkknoten ebenfalls die relative Richtung des Funkknoten X anhand des Funksignals, das die Registrierungsnachricht überträgt ermitteln und entsprechend speichern. Damit wird der Funkknoten in die Lage versetzt für eine Kommunikation mit den Funkknoten X das Funksignal ebenfalls die korrekte relative Richtung aussenden, ohne den Leistungseintrag durch das Funksignal in das Sperrgebiet S1 zu erhöhen.The radio node X can therefore send a radio signal in one of the relative directions from which it has received a beacon signal, which contains a registration for the meshed network (and thus select an already integrated radio node and send a registration message to it). After receipt of the registration message by one of the radio nodes already integrated in the network A . C or D this radio node can be the new radio node X integrate into the network. This happens, for example, in that the respective radio node, which is already integrated in the network, correspondingly routes its routing table around the radio node X optionally also supplements the other radio nodes via the new radio node X informed. For this purpose, the radio node can also determine the relative direction of the radio node X on the basis of the radio signal that transmits the registration message and store it accordingly. This enables the radio node to communicate with the radio node X the radio signal also send out the correct relative direction without the power input by the radio signal into the restricted area S1 to increase.

Ferner kann der Funkknoten, der die Registrierungsnachricht von Funkknoten X erhalten hat, die Registrierung durch eine entsprechende Bestätigungsnachricht bestätigen. Diese Bestätigungsnachricht wird ebenfalls per Funksignal gerichtet in die ermittelte relative Richtung des Funkknotens X ausgesendet, so dass wiederum das Sperrgebiet S1 ausgespart werden kann. Mittels der Bestätigungsnachricht kann der jeweilige bereits im Netz integrierte Funkknoten dem Funkknoten X auch weitere Konfigurationsinformationen zukommen lassen. Die Konfigurationsinformationen umfassen beispielsweise die absolute Position der anderen Funkknoten im vermaschten Netz (soweit ihm bekannt), die absolute Lage und Ausdehnung des Sperrgebiets S1 im Bezugskoordinatensystem, etc. Mit Hilfe dieser zusätzlichen Konfigurationsinformationen kann der Funkknoten X einen Abstrahl-Sektor X1 bestimmen, wie in 2 gezeigt, und/oder basierend auf den Konfigurationsinformationen und seiner bekannten relativen Position seine absolute Position relativ zu den anderen Funkknoten A, B, C und D bestimmen.Furthermore, the radio node that receives the registration message from radio nodes X received, confirm the registration with a corresponding confirmation message. This confirmation message is also directed by radio signal in the determined relative direction of the radio node X sent out, so that again the restricted area S1 can be left out. By means of the confirmation message, the respective radio node already integrated in the network can be sent to the radio node X also send further configuration information. The configuration information includes, for example, the absolute position of the other radio nodes in the meshed network (as far as it is known), the absolute location and extent of the restricted area S1 in the reference coordinate system, etc. With the help of this additional configuration information, the radio node can X a radiation sector X1 determine how in 2 shown, and / or based on the configuration information and its known relative position, its absolute position relative to the other radio nodes A . B . C and D determine.

Die Konfigurationsinformationen, die der Funkknoten X von einem der anderen bereits im Netz integrierten Funkknoten empfängt, können auch Informationen hinsichtlich der Topologie in der Umgebung des Funkknotens X enthalten (z.B. 2D, 2.5D oder 3D-Kartenmaterial). Basierend auf diesen topologischen Informationen (z.B. Geoinformationen und/oder Geodaten), die von einem oder mehreren anderen Funkknoten erhalten werden, kann der Funkknoten X zusammen mit seiner absoluten Position im Bezugskoordinatensystem nicht nur die genaue relative Lage des Sperrgebiets S1 bezüglich der Position des Funkknotens X bestimmen, sondern auch topologische Eigenheiten der Umgebung ermitteln, die zum Beispiel eine Reflexion/Dämpfung der vom Funkknoten X ausgesendeten Funksignale in Richtung des Sperrgebiets S1 bewirken könnten. Diese zusätzlichen topologischen Informationen kann der Funkknoten X dazu benutzen, einen oder mehrere Abstrahl-Sektoren so zu bestimmen, so dass sichergestellt werden kann, dass Funksignale die vom Funkknoten X innerhalb dieser Abstrahl-Sektoren gerichtet mittels Beamforming ausgesendet werden einen Leistungsantrag in der Sperrgebiet unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts haben.The configuration information that the radio node X from one of the other radio nodes already integrated in the network can also receive information regarding the topology in the vicinity of the radio node X included (e.g. 2D, 2.5D or 3D map material). Based on this topological information (eg geographic information and / or geodata), which is obtained from one or more other radio nodes, the radio node can X together with its absolute position in the reference coordinate system, not only the exact relative location of the restricted area S1 regarding the position of the radio node X determine, but also determine topological peculiarities of the environment, for example a reflection / attenuation of the radio node X transmitted radio signals in the direction of the restricted area S1 could cause. The radio node can use this additional topological information X to determine one or more radiation sectors so that it can be ensured that radio signals are from the radio node X Within these radiation sectors directed by means of beamforming are sent a power request in the restricted area below a predetermined threshold.

Die topologischen Informationen können Geoinformationen und/oder Geodaten (2D, 3D oder 2.5D) einer topologischen Karte sein, die zumindest die Umgebung des Funkknotens beschreibt. Die Geoinformationen können dabei beispielweise ISO 19107 Geographie Information - Spatial Schema (Raumbezugsschema)-kompatibel definiert sein (siehe DIN EN ISO 19107:2017 ), dessen Nachfolge-Norm ISO FDIS 19107 momentan noch formell bestätigt werden muss. Auch wenn im Folgenden auf Geoinformationen und/oder Geodaten des topologischen Kartenmaterials Bezug genommen wird, ist es grundsätzlich auch denkbar, topographische, geographische oder thematische Karten zu verwenden, Geoinformationen und/oder Geodaten (2D, 3D oder 2.5D) enthalten oder um diese ergänzt wurden.The topological information can be geographic information and / or geodata (2D, 3D or 2.5D) of a topological map, which at least describes the surroundings of the radio node. The geographic information can be, for example ISO 19107 Geography information - Spatial schema (spatial reference schema) - must be defined to be compatible (see DIN EN ISO 19107: 2017 ), its successor standard ISO FDIS 19107 currently has to be formally confirmed. Even if in the following reference is made to geographic information and / or geodata of the topological map material, it is in principle also conceivable to use topographic, geographical or thematic maps that contain or supplement geographic information and / or geodata (2D, 3D or 2.5D) were.

Alternativ ist es auch möglich, dass die Funkknoten zumindest einen Teil der Konfigurationsdaten, beispielsweise die topologische Karte und/oder seine absolute Position in der Karte, über eine andere Schnittstelle erhält. Der Funkknoten kann dazu eine drahtgebundene oder (weitere) drahtlose Schnittstelle ausweisen, wie zum Beispiel eine USB-Schnittstelle oder eine Bluetooth Schnittstelle. Dadurch ist es möglich, auch größere Datenmengen an den Funkknoten zu übertragen. Dies kann beispielsweise vor oder während der ersten Inbetriebnahme des Funkknotens oder auch während seines Betriebs (auch als Aktualisierung) geschehen, zum Beispiel im Wartungsbetrieb des Funkknotens. Optional können über die Schnittstelle auch Aktualisierungen der Firmware oder anderer Einstellungen am Funkknoten vorgenommen werden.Alternatively, it is also possible for the radio node to receive at least part of the configuration data, for example the topological map and / or its absolute position in the map, via another interface. For this purpose, the radio node can identify a wired or (further) wireless interface, such as a USB interface or a Bluetooth interface. This makes it possible to transmit larger amounts of data to the radio node. This can happen, for example, before or during the initial start-up of the radio node or also during its operation (also as an update), for example in the maintenance operation of the radio node. Optionally, the interface can also be used to update the firmware or other settings on the radio node.

Bei den Informationen zur Umgebung des Funkknotens (z.B. Geoinformationen der topologischen Karte oder zusätzliche Metainformationen topographischer, geographischer oder thematischer Karten) kann es sich beispielsweise um Informationen zu Gebäuden oder anderen Funk-Hindernissen im Bereich des Funkknotens handeln. Diese Gebäudeinformationen könnten sehr detailliert sein: Beispielsweise handelt es sich dabei um ein Modell oder Bauplan des Gebäudes, in dem sich der Funkknoten befindet. Dieses/Dieser könnten optional mit Informationen zur Beschaffenheit/Material von Wänden und/oder Decken ergänzt sein. Die Gebäudeinformationen könnten auch entsprechende Informationen über benachbarte Gebäude enthalten, die Umfeld bzw. Funkbereich des Funkknotens liegen. Solche Informationen könnten vom Funkknoten benutzt werden, um bei der Festlegung seines einen oder seiner mehreren Abstrahl-Sektoren auch Reflexionen des Funksignals durch das Gebäude, in dem sich der Funkknoten befindet, und/oder durch umliegende Gebäude oder andere Hindernisse im Bereich des Funkknotens zu berücksichtigen. Zusätzlich oder alternativ dazu könnten diese Informationen vom Funkknoten auch dazu genutzt werden, um die Sendeleistung für die einzelnen Funksignale und/oder deren Dämpfung zu bestimmen. Basierend auf den Daten bezüglich Reflexion und/oder Dämpfung, und optional zusätzlich der Sendeleistung, könnte der Funkknoten auch die Senderichtung der Funksignale, insbesondere den „erlaubten Bereich“ (Abstrahl-Sektor(en)) bestimmen, in die er die Funksignale aussenden darf.The information about the environment of the radio node (for example geographic information of the topological map or additional meta information of topographic, geographical or thematic maps) can be, for example, information about buildings or other radio obstacles in the area of the radio node. This building information could be very detailed: For example, this is a model or blueprint of the building in which the radio node is located. This could optionally be supplemented with information on the nature / material of walls and / or ceilings. The building information could also contain corresponding information about neighboring buildings that are in the vicinity or radio area of the radio node. Such information could be used by the radio node to take into account reflections of the radio signal by the building in which the radio node is located and / or by surrounding buildings or other obstacles in the area of the radio node when determining its one or more radiation sectors , Additionally or alternatively, this information could also be used by the radio node to determine the transmission power for the individual radio signals and / or their attenuation. Based on the data relating to reflection and / or attenuation, and optionally also the transmission power, the radio node could also determine the transmission direction of the radio signals, in particular the “permitted range” (radiation sector (s)) into which it is allowed to transmit the radio signals.

In 3 ist exemplarisch dargestellt, wie topologische Gegebenheiten in der Umgebung des Funkknotens X berücksichtigt werden könnten. In 3 wird beispielhaft angenommen, dass ein Hochhaus G1 in direkter Umgebung des Funkknotens X existiert, wobei aufgrund der Ausrichtung des Gebäudes relativ zum Sperrgebiet S1 zu befürchten ist, dass ein in Richtung des Gebäudes G1 ausgesendetes Funksignal von diesem so reflektiert wird, dass ein entsprechend erhöhter Leistungseintrag in das Sperrgebiet S1 zustande kommt. Der Funkknoten X kann daher die Abstrahl-Sektoren X1-1 und X1-2 entsprechend angepasst bestimmen, so dass der Funkknoten X weder direkt in die Richtung des Sperrgebiets S1, noch in die Richtung des Gebäudes G1 gesendet.In 3 is shown as an example of how topological conditions in the vicinity of the radio node X could be taken into account. In 3 it is assumed, for example, that a skyscraper G1 in the immediate vicinity of the radio node X exists, due to the orientation of the building relative to the restricted area S1 is to be feared that one towards the building G1 emitted radio signal is reflected by it in such a way that a correspondingly increased power input into the restricted area S1 comes about. The radio node X can therefore the radiation sectors X1-1 and X1-2 determine accordingly adapted so that the radio node X neither directly in the direction of the restricted area S1 , still in the direction of the building G1 Posted.

4 zeigt ein Flussdiagramm gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, dass die einzelnen Funktionen des neuen Netzknoten, zum Beispiel Netzknoten X, und eines bereits im Netzwerk integrierten Knotens, zum Beispiel Knoten A, zeigen, um den neuen Netzknoten X im Netz zu integrieren. Der neue Netzknoten X fängt nicht an, von sich aus zu senden, sondern befindet sich nach seiner Aktivierung (oder der Aktivierung des sende-Empfängers) beispielsweise in einem Zuhör-Modus, in dem der Funkknoten X den Funkkanal auf den Empfang von Funkbaken-Signalen von anderen bereits im Netz integrierten Funkknoten, wie Funkknoten A, wartet 401. Sobald ein von einem der registrierten Funkknoten A, B, C oder D ausgesendetes 410 Funkbaken-Signal empfangen 402 wird, versucht der Funkknoten X die relative Richtung des das empfangene Funkbaken-Signal sendenden Funkknotens, d. h. des Funkknotens A, zu bestimmen 403. In der in 4 gezeigten Implementierung reagiert der Funkknoten X unmittelbar auf das Empfangen 402 des ersten Funkbaken-Signals und versucht sich unmittelbar darauf beim Funkknoten A, von dem er das Funkbaken-Signal in Schritt 402 erhalten hat zu registrieren, indem er eine Registrierungsnachricht in die ermittelte relative Richtung, aus der er das Funkbaken-Signal im Schritt 402 empfangen hat, sendet 404. Der Funkknoten X kann dabei, beispielsweise durch Beamforming, die Abstrahlrichtung seiner Antenne so beeinflussen, dass möglichst die gesamte Energie des Funksignals, das die Registrierungsnachricht enthält, in die ermittelte relative Richtung des Funkknotens A gesendet wird. 4 shows a flow diagram according to an embodiment of the invention that the individual functions of the new network node, for example network node X , and a node that is already integrated in the network, for example nodes A , point to the new network node X to integrate into the network. The new network node X does not begin to transmit on its own, but is, after its activation (or the activation of the transceiver), for example in a listening mode in which the radio node X the radio channel to receive radio beacon signals from other radio nodes already integrated in the network, such as radio nodes A , wait 401 , As soon as one of one of the registered radio nodes A . B . C or D sent out 410 Beacon signal received 402 the radio node tries X the relative direction of the radio node sending the received beacon signal, ie the radio node A to determine 403 , In the in 4 implementation shown, the radio node responds X immediately upon receiving 402 the first radio beacon signal and immediately tries the radio node A from which he received the beacon signal in step 402 received by registering a registration message in the determined relative direction from which he received the beacon signal in the step 402 has received, sends 404 , The radio node X can influence the radiation direction of its antenna, for example by beamforming, in such a way that the total energy of the radio signal, which contains the registration message, is in the determined relative direction of the radio node A is sent.

Funkknoten A empfängt die Registrierungsnachricht in Schritt 411. Basierend auf dem Funksignal, dass die Registrierungsnachricht transportiert, ermittelt 412 der Funkknoten A die relative Richtung des Funkknotens X. Der Funkknoten A registriert 413 den neuen Funkknoten X im vermaschten Netz. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass der Funkknoten A den Funkknoten X in die Routing-Tabelle aufnimmt, und optional die anderen Funkknoten B, C und D über die Erreichbarkeit des Funkknotens X über den Funkknoten A informiert. Alternativ könnten die Funkknoten B, C und D die Erreichbarkeit des Funkknotens X auch über die ausgetauschten Nachrichten im vermaschten Netzwerk lernen und ihre Routing-Tabellen entsprechend aktualisieren.radio nodes A receives the registration message in step 411 , Based on the radio signal that carries the registration message 412 the radio node A the relative direction of the radio node X , The radio node A registered 413 the new radio node X in the meshed network. This can happen, for example, in that the radio node A the radio node X in the routing table, and optionally the other radio nodes B . C and D about the accessibility of the radio node X via the radio node A informed. Alternatively, the radio nodes could B . C and D the accessibility of the radio node X also learn about the exchanged messages in the meshed network and update their routing tables accordingly.

Nach erfolgter Registrierung 413 kann der Funkknoten A die erfolgreiche Registrierung des Funkknotens X bestätigen. Dazu sendet 414 er eine Bestätigungsnachricht in Richtung des Funkknotens X. Die Bestätigungsnachricht wird vom Funkknoten X empfangen 405 und schließt den Registrierungsprozess des Funkknotens X ab. Nach Empfang der Registrierungsbestätigung kann der Funkknoten X seine Daten in Richtung des Funkknotens A senden, der diese dann, je nach Adressat, an einen anderen Funkknoten (optional über andere Funkknoten) weiterleitet, bis der Adressat der Daten erreicht ist. Der Adressat der Daten kann auch in einem außerhalb des vermaschten Netzes liegenden anderen Netz, beispielsweise über das Internet, ein Firmennetz, etc. verbunden sein.After registration 413 can the radio node A the successful registration of the radio node X to confirm. To do this sends 414 he a confirmation message in the direction of the radio node X , The confirmation message is sent from the radio node X receive 405 and completes the registration process of the radio node X from. After receiving the registration confirmation, the radio node can X its data towards the radio node A send, which then, depending on the addressee, forwards it to another radio node (optionally via other radio nodes) until the addressee of the data is reached. The addressee of the data can also be connected in another network outside the meshed network, for example via the Internet, a company network, etc.

Optional kann die Bestätigungsnachricht neben der Bestätigung, dass die Registrierung im vermaschten Netz erfolgreich war, auch weitere Informationen enthalten. Diese zusätzlichen Informationen können sich beispielsweise auf die Erreichbarkeit und/oder Position anderer Knoten B, C und D im vermaschten Netz beziehen (Positionsinformationen), und/oder Informationen bezüglich der im Bereich des vermaschten Netzes liegenden Sperrgebiete (Sperrgebietsinformationen) und/oder zusätzliche topologische Karteninformationen enthalten, basierend auf denen der neue Funkknoten X bestimmen kann, in welche Richtung er Funksignale senden darf (d. h. die zur Bestimmung des einen oder der mehreren Abstrahl-Sektoren des Funkknotens X dienen). Die optionalen weiteren Schritte des Funkknotens X unter Zuhilfenahme der Zusatzinformationen aus der Bestätigungsnachricht wird nachstehend noch näher in Bezug auf 5 erläutert.In addition to the confirmation that the registration in the meshed network was successful, the confirmation message can optionally also contain further information. This additional information can relate, for example, to the accessibility and / or position of other nodes B . C and D obtain in the meshed network (position information), and / or information relating to the restricted areas located in the area of the meshed network (restricted area information) and / or contain additional topological map information based on that of the new radio node X can determine the direction in which it is allowed to send radio signals (ie that for determining the one or more radiation sectors of the radio node X serve). The optional further steps of the radio node X with the help of the additional information from the confirmation message will be discussed in more detail below with reference to 5 explained.

Nach erfolgter Registrierung des neuen Funkknotens X im Netz kann dieser durch die anderen Funkknoten im vermaschten Netz erreicht werden, bzw. kann selbst mit anderen Funkknoten kommunizieren oder über einen oder mehrere der anderen Funkknoten auf ein externes Netz (zum Beispiel das Internet, ein Firmennetzwerk, etc.) zugreifen und mit diesem kommunizieren. Je nach Implementierung des vermaschten Netzes kann der neu im vermaschten Netz integrierte Funkknoten X seine Daten somit an eine zentrale Einheit übermitteln, oder beispielsweise an eine Steuereinheit die basierend auf den erfassten Sensordaten in einen Produktionsprozess oder anderen industriellen Prozess eingreift.After registration of the new radio node X in the network, this can be reached by the other radio nodes in the meshed network, or can itself communicate with other radio nodes or access and use an external network (e.g. the Internet, a company network, etc.) via one or more of the other radio nodes communicate. Depending on the implementation of the meshed network, the radio node newly integrated in the meshed network can X thus transmit its data to a central unit, or for example to a control unit which intervenes in a production process or other industrial process based on the recorded sensor data.

Grundsätzlich ist es möglich, dass der neue Funkknoten X nicht nur aus ein erstes Funkbaken-Signal reagiert, sondern in Reaktion auf den Empfang mehrerer Funkbaken-Signale eine oder mehrere Registrierungsnachrichten an einen oder mehrere bereits im vermaschten Netz integrierte Funkknoten sendet, und entsprechend auch eine Bestätigungsnachricht und die optionalen zusätzlichen Informationen, wie beschrieben, erhält. Wie nachstehend noch näher erläutert wird, kann der Funkknoten X beim empfangen mehrerer Funkbaken-Signale seine relative Position mittels Triangulation selbst bestimmen und seine absolute Position im Bezugskoordinatensystem bestimmen, nachdem der Funkknoten X die absolute Position der die mehreren Funkbaken-Signale aussendeten Funkknoten im Bezugskoordinatensystem erhalten hat. Dadurch kann der Funkknoten X die exakte Position des Sperrgebiets oder mehrerer Sperrgebiete bestimmen und optional unter Zuhilfenahme der topologischen Zusatzinformationen bestimmen, in welche Richtungen er seine Funksignale zur Kommunikation aussenden darf, und in welche nicht, um sicherzustellen, dass die in das eine oder die mehreren Sperrgebiete eingebrachte Leistungsdichte unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts gehalten wird.Basically, it is possible that the new radio node X not only responds from a first radio beacon signal, but in response to the reception of several radio beacon signals sends one or more registration messages to one or more radio nodes already integrated in the meshed network, and accordingly also a confirmation message and the optional additional information, as described, receives. As will be explained in more detail below, the radio node can X when receiving multiple beacon signals, determine its relative position itself using triangulation and determine its absolute position in the reference coordinate system after the radio node X has received the absolute position of the radio nodes in the reference coordinate system which have sent the multiple radio beacon signals. This allows the radio node X determine the exact position of the restricted area or several restricted areas and optionally determine with the help of the topological additional information in which directions he may transmit his radio signals for communication and in which not, in order to ensure that the power density introduced into the one or more restricted areas is below a predetermined threshold is held.

Ein alternativer Registrierungsprozess für einen Funkknoten wird nachfolgend in Bezug auf die 5 beschrieben. Ähnlich wie in 4 befindet sich der neue Funkknoten X, der sich in das vermaschten Netz integrieren möchte, zunächst in einem Zuhör-Modus und sendet selbst keine Funksignale aus. Entsprechend wartet 401 der neue Funkknoten X auf den Empfang von Funkbaken-Signalen von anderen, bereits im Netz registrierten Funkknoten, wie die Funkknoten A, C und D. In der Ausführungsform der 5 versucht der Funkknoten X zunächst mehrere Funkbaken-Signale von unterschiedlichen Funkknoten im vermaschten Netz zu empfangen, bevor er eine Registrierungsnachricht sendet. Entsprechend wird zunächst 501 ein Timer gestartet, der dazu dient eine vorbestimmte Zeitspanne zu überwachen, in der der Funkknoten X zunächst Funkbaken-Signale empfängt und auswertet. Es wird angenommen, dass die bereits im Netz registrierten Funkknoten, A, B, C und D in regelmäßigen Abständen (periodisch), optional zeitlich synchronisiert miteinander, Funkbaken-Signale aussenden, wobei sie, wie in Bezug mit 1 beschrieben, jeweils vorhandene Sperrgebiete aussparen. Wie in 1 dargestellt, wird nachfolgend exemplarisch angenommen, dass der Funkknoten X lediglich die Funkbaken-Signale der Funkknoten A, C und B empfangen kann, da der Funkknoten X nicht im Abstrahl-Sektor B1 des Funkknotens B liegt und somit keine Signale von diesem Funkknoten empfängt.An alternative registration process for a radio node is described below in relation to the 5 described. Similar to 4 is the new radio node X who wants to integrate into the meshed network, initially in a listening mode and does not send out any radio signals. Wait accordingly 401 the new radio node X on the reception of beacon signals from other radio nodes already registered in the network, such as the radio nodes A . C and D , In the embodiment of the 5 the radio node tries X first to receive several beacon signals from different radio nodes in the meshed network before sending a registration message. Accordingly, first 501 started a timer which serves to monitor a predetermined period of time in which the radio node X first receives and evaluates radio beacon signals. It is assumed that the radio nodes already registered in the network, A . B . C and D emit radio beacon signals at regular intervals (periodically), optionally synchronized with each other, whereby, as in relation to 1 described, avoid existing restricted areas. As in 1 shown, it is assumed below that the radio node X only the beacon signals from the radio nodes A . C and B can receive because the radio node X not in the radiation sector B1 of the radio node B lies and therefore receives no signals from this radio node.

Sobald der Funkknoten X innerhalb der mittels des Timers überwachten Zeitspanne ein Funkbaken-Signal empfängt 402, ermittelt der Funkknoten X basierend auf dem Funkbaken-Signal die relative Richtung aus der er das jeweilige Funkbaken-Signal, dass von einem der registrierten Funkknoten A, C oder D ausgesendet 410 wurde, empfangen hat. Beispielsweise kann das Funkbaken-Signal eine Kennung des aussenden Funkknotens enthalten und der Funkknoten X kann die ermittelte relative Richtung sowie die Kennung des Funkknotens, der das jeweilige Funkbaken-Signal ausgesendet hat temporär zwischen speichern. Das Funkbaken-Signal kann optional auch noch weitere Informationen/Parameter enthalten, die ein neuer Funkknoten benötigt, um sich selbst im Netz anmelden zu können. Diese Informationen/Parameter sind jedoch spezifisch für die eingesetzte Funktechnologie und werden hier nicht näher betrachtet.As soon as the radio node X receives a beacon signal within the time period monitored by the timer 402 , the radio node determines X based on the beacon signal, the relative direction from which he received the respective beacon signal from one of the registered radio nodes A . C or D sent out 410 was received. For example, the beacon signal can contain an identifier of the transmitting radio node and the radio node X can temporarily store the determined relative direction and the identifier of the radio node that sent the respective radio beacon signal. The beacon signal can optionally also contain further information / parameters that a new radio node needs in order to be able to register itself in the network. However, this information / parameters are specific to the radio technology used and are not considered in more detail here.

Solange der Timer nicht abgelaufen ist 502, wertet der Funkknoten X die empfangenen Funkbaken-Signale entsprechend den Schritten 402 und 403 aus und speichert für jede neue Kennung eines Funkknotens die relative Richtung aus der er das zugehörige Funkbaken-Signal empfangen hat. Optional kann der Funkknoten X, wenn er von ein und denselben Funkknoten mehrmals ein Funkbaken-Signal erhält, die jeweils ermittelte relative Richtung des Funkknotens neu berechnen und unterschiedliche Ergebnisse miteinander kombinieren, um so die relative Richtung des jeweiligen Funkknotens genauer zu bestimmen.As long as the timer has not expired 502 , evaluates the radio node X the beacon signals received according to the steps 402 and 403 and stores for each new identifier of a radio node the relative direction from which it received the associated radio beacon signal. Optionally, the radio node X if he receives a beacon signal several times from one and the same radio node, recalculate the relative direction of the radio node determined in each case and combine different results with one another in order to determine the relative direction of the respective radio node more precisely.

Nachdem der Timer abgelaufen ist 502, kann der Funkknoten X, sofern er zumindest zwei, vorzugsweise mindestens drei (Funkbaken-)Signale von unterschiedlichen Funkknoten erhalten hat, eine relative Position relativ zu den Funkknoten A, C und D, von denen er (Funkbaken-)Signale erhalten hat, bestimmen 503. Für die Triangulation im dreidimensionalen Raum sind mindestens drei (Funkbaken-) Signale notwendig, während für eine zweidimensionale Positionsbestimmung bereits zwei (Funkbaken-)Signale von unterschiedlichen Funkknoten ausreichen. Die Genauigkeit der Positionsbestimmung hängt unter anderem von der Anzahl der (Funkbaken-)Signale für die Triangulation ab, die von unterschiedlichen Funkknoten erhalten werden. Je mehr (Funkbaken-)Signale von unterschiedlichen Funkknoten erhalten werden, desto genauer kann die Position durch Triangulation bestimmt werden. Ein weiterer Faktor, der die Genauigkeit der Triangulation bestimmt, ist die Qualität des Beamforming. Je „schmaler“ die ausgesendeten Funksignale in eine bestimmte Richtung abgestrahlt werden, desto genauer lässt sich die Richtung des sendenden Funkknotens bestimmen, so dass auch bereits die genannte Mindestzahl von unterschiedlichen (Funkbaken-) Signale für eine hinreichend genaue Triangulation ausreichen kann.After the timer has expired 502 , the radio node can X , provided that it has received at least two, preferably at least three (radio beacon) signals from different radio nodes, one relative position relative to the radio node A . C and D from which he has received (radio beacon) signals 503 , At least three (radio beacon) signals are necessary for triangulation in three-dimensional space, while two (radio beacon) signals from different radio nodes are sufficient for a two-dimensional position determination. The accuracy of the position determination depends, among other things, on the number of (radio beacon) signals for triangulation that are received from different radio nodes. The more (beacon) signals are received from different radio nodes, the more precisely the position can be determined by triangulation. Another factor that determines the accuracy of the triangulation is the quality of the beamforming. The "narrower" the transmitted radio signals are emitted in a certain direction, the more precisely the direction of the transmitting radio node can be determined, so that the stated minimum number of different (radio beacon) signals can be sufficient for a sufficiently precise triangulation.

Nach Ablauf des Timers wählt 504 der Funkknoten X einen der Funkknoten aus, beispielsweise Funkknoten A, von dem er ein Funkbaken-Signal erhalten hat, und sendet 404 eine Registrierungsnachricht an diesen Funkknoten. Der Funkknoten X kann dabei, beispielsweise durch Beamforming, die Abstrahlrichtung seiner Antenne so beeinflussen, dass möglichst die gesamte Energie des Funksignale, dass die Registrierungsnachricht enthält, in die ermittelte relative Richtung des Funkknotens A gesendet wird. Wie erwähnt, hat der Funkknoten X die notwendige relative Richtung bereits bestimmt und zwischengespeichert. Die Registrierungsnachricht kann beispielsweise neben der Erkennung des Funkknotens X auch weitere Informationen zum Funkknoten X enthalten. Beispielsweise kann die Registrierungsnachricht auch die Kennungen derjenigen Funkknoten, d. h. der anderen Funkknoten C und D, enthalten, von denen der Funkknoten X ebenfalls Funkbaken-Signale erhalten hat.Dials after the timer expires 504 the radio node X one of the radio nodes, for example radio nodes A from which he received a beacon signal and transmits 404 a registration message to this radio node. The radio node X can influence the radiation direction of its antenna in such a way, for example by beamforming, that the entire energy of the radio signals that the registration message contains is in the determined relative direction of the radio node A is sent. As mentioned, the radio node has X the necessary relative direction has already been determined and cached. The registration message can, for example, in addition to the detection of the radio node X also more information about the radio node X contain. For example, the registration message can also identify the identifiers of those radio nodes, ie the other radio nodes C and D , included, of which the radio node X has also received beacon signals.

Funkknoten A empfängt die Registrierungsnachricht in Schritt 411. Basierend auf dem Funksignale, dass die Registrierungsnachricht transportiert, ermittelt 412 der Funkknoten A die relative Richtung des Funkknotens X. Der registrierte Funkknoten A registriert den neuen Funkknoten X im vermaschten Netz, indem er den Funkknoten X beispielsweise in die Routing-Tabelle aufnimmt. Optional informiert der Funkknoten A die anderen Funkknoten B, C und D über die Erreichbarkeit des Funkknotens X über den Funkknoten A informiert. Alternativ könnten die Funkknoten B, C und D die Erreichbarkeit des Funkknotens X auch über die ausgetauschten Nachrichten im vermaschten Netzwerk lernen und ihre Routing-Tabellen entsprechend aktualisieren. Die genaue Implementierung und Erfassung von Routen für das Routen von Netzwerknachrichten im vermaschten Netzwerk ist eine Implementierungsfrage des Routingprotokolls und wird hier nicht näher betrachtet. Wie bereits erwähnt greift die Steuerung/Kontrolle der Abstrahlrichtung der Funksignale durch Beamforming indirekt in den Nachbarschaftsalgorithmus des Netzmanagements ein, so dass eigentlich potentielle Nachbarn des Funkknotens X, wie zum Beispiel der Funkknoten B, dem Funkknoten X verborgen bleiben und eine mögliche direkte Route im vermaschten Netz erst gar nicht gebildet bzw. als solche erkannt wird.radio nodes A receives the registration message in step 411 , Based on the radio signals that the registration message transports 412 the radio node A the relative direction of the radio node X , The registered radio node A registers the new radio node X in the meshed network by the radio node X for example in the routing table. The radio node optionally provides information A the other radio nodes B . C and D about the accessibility of the radio node X via the radio node A informed. Alternatively, the radio nodes could B . C and D the accessibility of the radio node X also learn about the exchanged messages in the meshed network and update their routing tables accordingly. The exact implementation and acquisition of routes for the routing of network messages in the meshed network is an implementation question of the routing protocol and is not considered in more detail here. As already mentioned, the control / monitoring of the direction of radiation of the radio signals indirectly intervenes in the neighborhood algorithm of the network management by beamforming, so that actually potential neighbors of the radio node X , such as the radio node B , the radio node X remain hidden and a possible direct route in the meshed network is not formed at all or is recognized as such.

Nach erfolgter Registrierung 413 kann der Funkknoten A die erfolgreiche Registrierung des Funkknotens X bestätigen. Dazu sendet 414 er eine Bestätigungsnachricht an den Funkknoten X, die vom Funkknoten X empfangen 405 empfangen wird und den Registrierungsprozess des Funkknotens X abschließt. Nach Empfang der Registrierungsbestätigung kann der Funkknoten X seine Daten in Richtung des Funkknotens A senden, der diese dann, je nach Adressat, an einen anderen Funkknoten und optional über andere Funkknoten weiterleitet, bis der Adressat der Daten erreicht ist. Dieser kann auch in einem außerhalb des vermaschten Netzes liegenden anderen Netz, beispielsweise über das Internet, Firmennetz, etc. mit dem vermaschten Netz verbunden sein.After registration 413 can the radio node A the successful registration of the radio node X to confirm. To do this sends 414 he a confirmation message to the radio node X from the radio node X receive 405 is received and the registration process of the radio node X concludes. After receiving the registration confirmation, the radio node can X its data towards the radio node A send, which then, depending on the addressee, forwards it to another radio node and optionally via other radio nodes until the addressee of the data is reached. This can also be connected to the meshed network in another network outside the meshed network, for example via the Internet, company network, etc.

In einigen der vorgenannten Ausführungsformen wird im neuen, im Netz integrierten Funkknoten X zusammen mit der Bestätigung seiner Registrierung im Netz zusätzliche Information zugesendet, die es dem Funkknoten X erlauben die Position und Ausdehnung des Sperrgebiet S1 zumindest im zweidimensionalen, alternativ im dreidimensionalen Raum in Bezug auf ein Bezugskoordinatensystem zu ermitteln. Alternativ zur Definition des Sperrgebiet in absoluten Koordinaten relativ dem Bezugskoordinatensystem könnte der Funkknoten X die Lage des Sperrgebiet S1 auch basierend auf Informationen zu den absoluten Positionen der umliegenden Funkknoten A, B, C und D sowie deren Abstrahl-Sektoren A1, B1, C1 und D1 ermitteln, so wie dies exemplarisch in 6 dargestellt wird. Aufgrund der ausgesparten Sektoren, in denen die einzelnen Funkknoten A, B, C und D Funksignale senden, kann der Funkknoten X durch Bildung der Grenzlinien der Sektoren der einzelnen Funkknoten die Lage des Sperrgebiet S1approx zu ermitteln. Um die Lage des Sperrgebiet S1approx zu bestimmen, benötigte Funkknoten X mindestens die absolute Position von zwei Funkknoten im Bezugskoordinatensystem sowie die Abstrahl-Sektoren dieser beiden Funkknoten. Der Überlappungsbereich der jeweiligen Sektoren, in die die jeweiligen Funkknoten keine Funksignale senden (diese lassen sich aus den jeweiligen Abstrahl-Sektoren bestimmen) definiert einen Bereich, der als Sperrgebiet definiert werden kann. Je nach Lage dieser Sektoren, in die jeweiligen Funkknoten keine Funksignale senden im Bezugskoordinatensystem ist diese Abschätzung der Lage des Sperrgebiets basierend auf den Überlappungsbereich der Sektoren mehr oder weniger genau. Offensichtlich kann die Lage des Sperrgebiets genauer bestimmt werden, je mehr Informationen zu den umliegenden Funkknoten und deren Abstrahl-Sektoren den Funkknoten X zur Verfügung stehen.In some of the aforementioned embodiments, the new radio node integrated in the network X together with the confirmation of its registration in the network, additional information is sent to the radio node X allow the location and extent of the restricted area S1 to be determined at least in two-dimensional, alternatively in three-dimensional space with reference to a reference coordinate system. As an alternative to defining the restricted area in absolute coordinates relative to the reference coordinate system, the radio node could X the location of the restricted area S1 also based on information about the absolute positions of the surrounding radio nodes A . B . C and D as well as their radiation sectors A1 . B1 . C1 and D1 determine, as exemplified in 6 is pictured. Because of the recessed sectors in which the individual radio nodes A . B . C and D The radio node can send radio signals X the location of the restricted area by forming the boundary lines of the sectors of the individual radio nodes S1 approx to investigate. To the location of the restricted area S1 approx to determine required radio nodes X at least the absolute position of two radio nodes in the reference coordinate system and the radiation sectors of these two radio nodes. The overlap area of the respective sectors into which the respective radio nodes do not send any radio signals (these can be determined from the respective radiation sectors) defines an area that can be defined as a restricted area. Depending on the location of these sectors, no radio signals are sent to the respective radio nodes Reference coordinate system, this estimate of the location of the restricted area is more or less accurate based on the overlap area of the sectors. Obviously, the location of the restricted area can be determined more precisely, the more information about the surrounding radio nodes and their radiation sectors the radio nodes X be available.

Grundsätzlich kann sowohl das Sperrgebiet als auch die Abstrahl-Sektoren zweidimensional definiert sein, wobei diese zweidimensionalen Gebiete durch eine (geometrische) Extrusion den dreidimensionalen Raum des Bezugskoordinatensystems abgebildet werden können. Es ist jedoch auch möglich Sperrgebiet als auch die Abstrahl-Sektoren der einzelnen Funkknoten gleich im dreidimensionalen Raum zu definieren. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass für einen Funkknoten zwei Abstrahl-Sektoren definiert werden, d. h. zwei Abstrahl-Sektoren bezüglich unterschiedlicher Ebenen im Bezugskoordinatensystem definiert werden. Die Definition des Sperrgebiets im dreidimensionalen Raum kann beispielsweise mittels gängiger Datenformate zur Definition von dreidimensionalen Strukturen in topologischen Daten realisiert werden. Die Karteninformationen, die dem neuen Funkknoten X beispielsweise zusammen mit der Bestätigung seiner Registrierung im Netz zugesendet werden, können aber alternativ oder zusätzlich auch in einem Rasterdaten-Format vorliegen.In principle, both the restricted area and the radiation sectors can be defined two-dimensionally, it being possible for these two-dimensional areas to be mapped to the three-dimensional space of the reference coordinate system by (geometric) extrusion. However, it is also possible to define the restricted area and the radiation sectors of the individual radio nodes in three-dimensional space. This can be achieved, for example, by defining two radiation sectors for a radio node, that is to say defining two radiation sectors with respect to different levels in the reference coordinate system. The restricted area in three-dimensional space can be defined, for example, by means of common data formats for defining three-dimensional structures in topological data. The card information that the new radio node X For example, be sent together with the confirmation of its registration in the network, but may alternatively or additionally also be in a raster data format.

7 zeigt exemplarisch die Definition eines Sperrgebiets S1 unter Verwendung von kartesischen Koordinaten im dreidimensionalen Raum (d.h. Geoinformationen und/oder Geodaten), wobei einzelne Eckpunkte des dreidimensionalen Sperrgebiets, die mit Linien verbunden werden durch entsprechende Koordinatenpaare (xs1_1, ys1_1, zs1_1), (xs1_2, ys1_2, zs1_2), (xs2_1, ys2_1, zs2_1), (xs2_2, ys2_2, zs2_2), (xs3_1, ys3_1, zs3_1), (xs3_2, ys3_2, zs3_2), (xs4_1, ys4_1, zs4_1), (xs4_2, ys4_2, zs4_2), (xs5_1, ys5_1, zs5_1), (xs5_2, ys5_2, zs5_2) definiert werden. Der dreidimensionale Sperr Bereich S1 wird durch lineare Verbindung der Koordinaten (xsi_1, ysi_1, zsi_1) und (xsi_2, ysi_2, zsi_2), (xsi_1, ysi_1, zsi_1) und (xs(i+1)_1, ys(i+1)_1, zs(i+1)_1) und), (xsi_2, ysi_2, zsi_2) und (xs(i+1)_2, ys(i+1)_2, zs(i+1)_2) gebildet, wobei der Index i die einzelnen Koordinatenpaare bezeichnet. 7 shows an example of the definition of a restricted area S1 using Cartesian coordinates in three-dimensional space (ie geospatial information and / or geodata), whereby individual corner points of the three-dimensional restricted area, which are connected with lines by corresponding coordinate pairs (xs1_1, ys1_1, zs1_1), (xs1_2, ys1_2, zs1_2), (xs2_1) , ys2_1, zs2_1), (xs2_2, ys2_2, zs2_2), (xs3_1, ys3_1, zs3_1), (xs3_2, ys3_2, zs3_2), (xs4_1, ys4_1, zs4_2), (xs4_2), (xs4_1), (xs4_1), (xs4_2) , zs5_1), (xs5_2, ys5_2, zs5_2) can be defined. The three-dimensional restricted area S1 is obtained by linearly connecting the coordinates (xsi_1, ysi_1, zsi_1) and (xsi_2, ysi_2, zsi_2), (xsi_1, ysi_1, zsi_1) and (xs (i + 1) _1, ys (i + 1) _1, zs (i +1) _1) and), (xsi_2, ysi_2, zsi_2) and (xs (i + 1) _2, ys (i + 1) _2, zs (i + 1) _2), where the index i is the individual coordinate pairs designated.

8 zeigt beispielhaft die Struktur eines Funkknotens, wie die Funkknoten A, B, C, D oder X in 1. Ein Funkknoten 800 umfasst eine Sensoreinheit 801, eine Recheneinheit 802, einen Transceiver 803 (auch als Sende-Empfänger oder Sende-Empfangseinheit bezeichnet) und optional weitere anwendungsspezifische Komponenten. Ferner kann der Funkknoten 800 auch eine Energiequelle 804, beispielsweise in Form einer Batterie umfassen. Die Batterie kann dabei entweder die alleinige Energiequelle des Funkknotens darstellen (reiner Batteriebetrieb) oder als Sicherung gegen Stromausfall verwendet werden. Alternativ könnte der Funkknoten anstelle einer Batterie auch an ein Stromnetz angeschlossen sein, über ein Bussystem oder über die Schnittstelle 806 mit Strom versorgt werden. Die Sensoreinheit 801 dazu einen oder mehrere verschiedene Parameter in der Umgebung der Funkknoten 800 zu messen. Die gemessenen Parameter können beispielsweise in regelmäßigen Abständen vom Funkknoten 800 an eine zentrale Einheit innerhalb oder außerhalb des vermaschten Netzes gesendet werden. Alternativ können die gemessenen Parameter auch zur Steuerung an Aktoren des Systems, die ebenfalls Bestandteil des vermaschten Netzes sein können oder sich außerhalb davon befinden, gesendet werden. 8th shows an example of the structure of a radio node, such as the radio node A , B, C, D or X in 1 , A radio node 800 comprises a sensor unit 801 , a computing unit 802 , a transceiver 803 (also referred to as a transceiver or transceiver) and optionally other application-specific components. Furthermore, the radio node 800 also an energy source 804 , for example in the form of a battery. The battery can either be the sole energy source of the radio node (pure battery operation) or be used as a backup against power failure. Alternatively, the radio node could also be connected to a power network instead of a battery, via a bus system or via the interface 806 be powered. The sensor unit 801 one or more different parameters in the vicinity of the radio nodes 800 to eat. The measured parameters can, for example, at regular intervals from the radio node 800 be sent to a central unit inside or outside the meshed network. Alternatively, the measured parameters can also be sent for control to actuators of the system, which can also be part of the meshed network or are located outside of it.

Die Recheneinheit 802 dient zur Steuerung des Funkknotens 800 und kann beispielsweise mittels eines Mikrocontroller realisiert werden. Typischerweise vereint die Recheneinheit 802 einen Prozessor/Mikroprozessor, sowie den zugehörigen Speicher (auch Cache) auf einem Chip. Alternativ kann die Recheneinheit 802 auch aus mehreren Chips als SoC implementiert sein. Um möglichst wenig Leistung zu verbrauchen, kann die Recheneinheit 802 in ihrer Funktionalität im Vergleich zu herkömmlichen Prozessoren, die beispielsweise in handelsüblichen Rechnern oder Mobiltelefonen eingesetzt werden, stark eingeschränkt sein. Ferner ist es von Vorteil, wenn die Recheneinheit 802 Energiesparmodi unterstützt, so wie dies in modernen Prozessorarchitekturen der Fall ist. Hauptaufgabe der Recheneinheit 802 ist die Steuerung des Funkknotens 800, das Erfassen und gegebenenfalls Zwischenspeichern von Sensordaten aus der Sensoreinheit 801, sowie die Implementierung des Protokollstacks für die Organisation des vermaschten Netzes und die Datenübertragung über den Sende-Empfänger 803, sofern dafür nicht ein separater Chip vorgesehen ist.The computing unit 802 is used to control the radio node 800 and can be implemented using a microcontroller, for example. The computing unit typically unites 802 a processor / microprocessor, and the associated memory (also cache) on a chip. Alternatively, the computing unit 802 can also be implemented as SoC from several chips. The computing unit can use as little power as possible 802 their functionality compared to conventional processors, which are used, for example, in commercially available computers or mobile phones, be severely restricted. It is also advantageous if the computing unit 802 Energy-saving modes are supported, as is the case in modern processor architectures. Main task of the computing unit 802 is the control of the radio node 800 , the acquisition and, if necessary, intermediate storage of sensor data from the sensor unit 801 , as well as the implementation of the protocol stack for the organization of the meshed network and data transmission via the transceiver 803 , unless a separate chip is provided for this.

Der Sende-Empfänger 803 stellt die Funk-Kommunikation zwischen dem Funkknoten 800 und anderen Knoten des Netzes sicher. Vorteilhafterweise unterstützt auch der Sende-Empfänger 803 einen energiesparenden Betriebsmodus, um den Energieverbrauch möglichst gering zu halten, wenn keine Daten übertragen oder empfangen werden müssen.The transceiver 803 provides the radio communication between the radio node 800 and other nodes in the network. The transceiver also advantageously supports 803 an energy-saving operating mode to keep energy consumption as low as possible when no data has to be transmitted or received.

In einer Ausführungsform kann der Sende-Empfänger 803 auf dem LoRa PHY Standard basierend, der um eine Beamforming-Funktion erweitert ist. Es kommen aber auch andere sogenannte Low Power Wide Area Network (LPWAN) Standards, die Beamforming unterstützen bzw. um eine entsprechende Funktionalität erweitert wurden, zur Kommunikation über die Funkschnittstelle infrage. Grundsätzlich könnte der Sende-Empfänger 803 auch Mobilfunkstandards unterstützen, die Beamforming unterstützen, wie beispielsweise 3GPP LTE, LTE Advanced, oder einen 5G Standard der 3GPP.In one embodiment, the transceiver 803 based on the LoRa PHY standard, which is extended by a beamforming function. However, there are also other so-called Low Power Wide Area Network (LPWAN) standards that support beamforming or have been expanded by appropriate functionality for communication via the radio interface. Basically, the transceiver could 803 also support cellular standards, beamforming support, such as 3GPP LTE, LTE Advanced, or a 5G standard of 3GPP.

Der Sende-Empfänger 803 ist an ein(e) oder mehrere Antennen/Antennenarrays des Funkknotens 800 angeschlossen, über die der Sende-Empfänger 803 Funksignale empfängt und sendet. Der Sende-Empfänger 803 kann ein sogenanntes Beamforming implementieren, um die Abstrahl-Charakteristik der jeweiligen Antennen/Antennenarrays so zu steuern, dass ein Großteil der Sendeleistung in eine bestimmte Richtung, d. h. in Richtung eines anderen Funkknotens des vermaschten Netzes, ausgesendet wird, so dass die in ein Sperrgebiet eingebrachte Leistungsdichte minimiert werden kann und/oder unterhalb einem bestimmten Schwellenwert gehalten wird. Der Sende-Empfänger 803 kann beispielsweise ein sogenanntes Beamforming Network (BFN) umfassen, also eine Schaltung, die ein Strahlungsprofil eine(s) Antenne(narrays) einer gewünschten geometrischen Kontur anpasst. Das BFN führt das Sendesignal gewichtet (in Bezug auf Phasenlage und/oder Verstärkung) den unterschiedlichen Antennenelementen zu und beeinflusst dadurch die Abstrahlcharakteristik der Antenne. Dadurch kann das Strahlungsprofil der (des) Antenne(narrays) so angepasst werden, dass die Leistung des Funksignals in eine bestimmte Richtung abgestrahlt wird.The transceiver 803 is to one or more antennas / antenna arrays of the radio node 800 connected via which the transceiver 803 Receives and sends radio signals. The transceiver 803 can implement a so-called beamforming in order to control the radiation characteristics of the respective antennas / antenna arrays in such a way that a large part of the transmission power is transmitted in a certain direction, i.e. in the direction of another radio node of the meshed network, so that it is brought into a restricted area Power density can be minimized and / or kept below a certain threshold. The transceiver 803 can comprise, for example, a so-called beamforming network (BFN), that is to say a circuit which adjusts a radiation profile to an antenna (narrays) of a desired geometric contour. The BFN feeds the transmission signal weighted (in relation to phase position and / or amplification) to the different antenna elements and thereby influences the radiation characteristics of the antenna. This allows the radiation profile of the antenna (narray) to be adjusted so that the power of the radio signal is emitted in a certain direction.

Beamforming wird von einer Vielzahl von Funktechnologien unterstützt, insbesondere auch von Mobilfunkstandards. Sofern der Sende-Empfänger 803 einen Chipsatzes realisiert wird, der einem bestimmten Funk- oder Mobilfunkstandard implementiert, sollte dieser vorteilhafterweise eine Schnittstelle aufweisen, mit der das Beamforming konfigurierbar ist. In einem solchen Fall kann die Prozessoreinheit 802 bzw. der Sende-Empfänger 803 über diese Schnittstelle das Beamforming so konfigurieren, dass die Funksignale des Funkknotens 800 nur in den einem oder den mehreren Abstrahl-Sektoren des Funkknotens 800 bzw. nur in eine bestimmte Richtung ausgestrahlt werden. Dazu kann Beamforming-Funktion des Sende-Empfängers 803 funktional mit dem Protokollstack der Recheneinheit 802 gekoppelt sein, die der Beamforming-Funktion die notwendigen Informationen zur Strahlformung für das gerichtete Senden der Funksignale zukommen lässt. Ferner kann der Sende-Empfänger 803 so eingerichtet sein, dass er - wie in Bezug auf die 4 und 5 beschrieben - basierend auf den Funkbaken-Signalen, die von dem Sende-Empfänger 803 empfangen werden, die relative Richtung des das jeweilige Funkbaken-Signal aussenden Funkknotens bestimmt. Der Sende-Empfänger 803 kann diese Information zusammen mit anderen aus dem Funkbaken-Signal extrahierten Informationen (zum Beispiel Signalstärke, Kennung des Funkknotens, etc.) über eine Schnittstelle an die Recheneinheit 802 weiterleiten, um diese dort weiter zu verarbeiten.Beamforming is supported by a large number of radio technologies, in particular also by cellular standards. If the transceiver 803 a chipset is implemented that implements a specific radio or cellular standard, it should advantageously have an interface with which beamforming can be configured. In such a case, the processor unit 802 or the transceiver 803 Configure beamforming via this interface so that the radio signals from the radio node 800 only in the one or more radiation sectors of the radio node 800 or only broadcast in a certain direction. This can be the beamforming function of the transceiver 803 functional with the protocol stack of the computing unit 802 be coupled, which provides the beamforming function with the necessary information for beamforming for the directed transmission of the radio signals. Furthermore, the transceiver 803 be set up so that - as in relation to the 4 and 5 described - based on the beacon signals from the transceiver 803 are received, the relative direction of the radio node transmitting the respective beacon signal is determined. The transceiver 803 can this information together with other information extracted from the beacon signal (for example signal strength, identifier of the radio node, etc.) via an interface to the computing unit 802 forward to process them there.

Die Protokollschichten oberhalb des vom Sende-Empfängers 803 implementierten Protokollstack können beispielsweise von der Recheneinheit 802 realisiert werden. Die Protokolle, d.h. ihre Funktonalität, kann beispielsweise Teil der Firmware/Software des Funkknotens 800 sein, die in einem nicht flüchtigen Speicher der Recheneinheit 802 oder eines anderen Speichermoduls des Funkknotens 800 gespeichert ist, und die durch den Prozessor der Recheneinheit 802 ausgeführt wird. Die Firmware/Software kann beispielsweise diejenigen Protokolle implementieren, die für den Aufbau und das Management des vermaschten Netzes und/oder das Routing notwendig sind, zum Beispiel die entsprechenden Routingprotokolle und Managementprotokolle für das vermaschten Netz. Diese Protokolle können, wie erwähnt, funktional mit dem Sende-Empfänger 803 über eine oder mehrere Schnittstellen gekoppelt sein, um Informationen auszutauschen.The protocol layers above that of the transceiver 803 implemented protocol stack can, for example, by the computing unit 802 will be realized. The protocols, ie their functionality, can be part of the firmware / software of the radio node, for example 800 be in a non-volatile memory of the computing unit 802 or another memory module of the radio node 800 is stored, and by the processor of the computing unit 802 is performed. The firmware / software can implement, for example, those protocols that are necessary for the construction and management of the meshed network and / or routing, for example the corresponding routing protocols and management protocols for the meshed network. As mentioned, these protocols can be functional with the transceiver 803 be coupled via one or more interfaces to exchange information.

Als Routingprotokoll können Protokolle eingesetzt werden, die beispielsweise auf dem Distanzvektoralgorithmus (auch bekannt als Distanzvektor-Routing) basieren, die optional für den Einsatz in Low Power Wide Area Networks (LPWAN) optimiert sind. Ein Beispiel ist das Routing Protocol for Low power and Lossy Networks (RPL) (deutsch: Routing-Protokoll für leistungsarme und verlustbehaftete Netzwerke), das im IETF Standard RFC 6550 spezifiziert ist. Dies erfordert die Verwendung non IPv6 Protokolls in der Netzwerk-Schicht (Layer 3). Das RPL Protokoll kann beispielsweise auch in einem IPv6 over Low power Wireless Personal Area Network (6LoWPAN - deutsch: IPv6 für WPAN mit niedrigem Energieverbrauch) verwendet werden. Alternativ könnte auch Angle-based Dynamic Source Routing (ADSR)-basierte Routingprotokolle oder das Low-energy adaptive clustering hierarchy (LEACH) Protokoll eingesetzt werden. Die Netzwerkschicht des Protokollstacks kann beispielsweise das IPv4 oder IPv6 Protokoll zur Adressierung der Netzknoten verwenden und ebenfalls von der Recheneinheit 802 implementiert werden.Protocols can be used as the routing protocol, which are based, for example, on the distance vector algorithm (also known as distance vector routing) and which are optionally optimized for use in low power wide area networks (LPWAN). One example is the Routing Protocol for Low power and Lossy Networks (RPL) (German: Routing protocol for low-power and lossy networks), which is specified in the IETF standard RFC 6550. This requires the use of non IPv6 protocol in the network layer 3 ). The RPL protocol can also be used, for example, in an IPv6 over Low power Wireless Personal Area Network (6LoWPAN - German: IPv6 for WPAN with low energy consumption). Alternatively, angle-based dynamic source routing (ADSR) -based routing protocols or the low-energy adaptive clustering hierarchy (LEACH) protocol could also be used. The network layer of the protocol stack can, for example, use the IPv4 or IPv6 protocol for addressing the network nodes and also from the computing unit 802 be implemented.

Wie bereits erwähnt, wird durch das Beamforming die Nachbarschaftserkennung der einzelnen Funkknoten beeinflusst, so dass bestimmte Routen, die unter nicht-Berücksichtigung der Sperrgebiete möglich wären, aufgrund der geänderten Nachbarschaftserkennung nicht in das Routing übernommen werden und so beim Aussenden der Funksignale ausgespart bleiben. Im RPL-Begriffskontext formuliert bewirkt das Beamforming der Funksignale, dass alle „children“ nur diejenigen „parents“ sehen und adressieren können, die nicht „hinter“ Sperrzonen liegen. Die Verwendung von Destination Oriented Directed Acyclic Graph (DODAG) Information Objects (DIOs) und Destination Advertisement Objects (DAOs) bliebt unbeeinträchtigt. Der Empfang der von Neighbour Advertisement (NA) und Neighbour Solicitations (NS) Nachrichten, bzw. Router Advertisement (RA) und Router Solicitation (RS) Nachrichten und somit die Netzstruktur des vermaschten Netzes wird durch das Beamforming der Funksignale beeinflusst. Wie in 1 ersichtlich, erreichen den Funkknoten X aufgrund der Abstrahl-Sektoren A1, B1, C1, und D1 der anderen Funkknoten A, B, C und D, nur Funksignale der Funkknoten A, C und D. Aufgrund dieses Umstands kann der Nachbarschaftsalgorithmus auf der Ebene der Vermittlungsschicht (Network Layer - Schicht 3 des OSI Modells) nur diejenigen Funkknoten als Nachbarn erkennen, von denen er auch Funksignale erhalten hat. Entsprechend wird er Funkknoten B nicht als „Nachbar“ erkannt, auch wenn theoretische eine direkte Funkverbindung zwischen den Funkknoten X und B möglich wäre. Entsprechend werden in der Routingtabelle des Funkknotens, wie in 9 gezeigt, nur die Routen zu Funkknoten A (Route RXA ), zu Funkknoten C (Route RXC ) und zu Funkknoten D (RXD ). Die Route RXB würde somit erst gar nicht gebildet. Ferner könnte der Funkknoten X lernen, dass Funkknoten B wiederum über den Funkknoten A oder Funkknoten C erreichbar ist. Dies könnte ebenfalls in der Routingtabelle gespeichert werden, so dass das Routingprotokoll die Daten für den Funkknoten B entweder über die Route RXA oder alternativ über die Route RXC sendet. Die Knoten A und C würden dann entsprechend die Daten an den Knoten B über die Route RAB bzw. Route RCB weiterleiten.As already mentioned, the beamforming influences the neighborhood detection of the individual radio nodes, so that certain routes that would not be possible if the restricted areas were not taken into account are not included in the routing due to the changed neighborhood detection and are therefore left out when the radio signals are transmitted. Formulated in the context of the RPL, the beamforming of the radio signals means that all “children” can only see and address those “parents” who are not “behind” restricted zones. The use of Destination Oriented Directed Acyclic Graph (DODAG) Information Objects (DIOs) and Destination Advertisement Objects (DAOs) remains unaffected. The reception of the Neighborhood Advertisement (NA) and Neighbor Solicitations (NS) messages, or router advertisement (RA) and router solicitation (RS) messages and thus the network structure of the meshed network is influenced by the beamforming of the radio signals. As in 1 visible, reach the radio node X due to the radiation sectors A1 . B1 . C1 , and D1 the other radio node A . B . C and D , only radio signals from the radio nodes A . C and D , Because of this, the neighborhood algorithm can be used at the network layer (network layer) level 3 of the OSI model) only recognize those radio nodes as neighbors from which it also received radio signals. Accordingly, it becomes a radio node B not recognized as a “neighbor”, even if theoretically a direct radio connection between the radio nodes X and B it is possible. Accordingly, in the routing table of the radio node, as in 9 shown, only the routes to radio nodes A (Route R XA ), to radio nodes C (Route R XC ) and to radio node D ( R XD ). The route R XB would not be formed at all. Furthermore, the radio node could X learn that radio node B again via the radio node A or radio node C is achievable. This could also be stored in the routing table so that the routing protocol stores the data for the radio node B either via the route R XA or alternatively via the route R XC sends. The knots A and C the data would then be sent to node B via route RAB or route R CB hand off.

Als Managementprotokolle können beispielsweise Protokolle zur Selbstkonfiguration zum Einsatz kommen, wie zum Beispiel das bekannte Dynamic Host Configuration Protokoll (DHCP) oder IPv6 Stateless address autoconfiguration (SLAAC). Letzteres kann vorteilhaft zusammen mit dem Neighbor Discovery Protocol (NDP) - siehe IETF RFC 4861 - eingesetzt werden. Alternativ könnte aber auch speziell für die Verwendung in Mesh-Netzen angepasste Protokolle, wie Ad Hoc Configuration Protokoll (AHCP), das Proactive Autoconfiguration Protokoll, oder das Dynamic WMN Configuration Protokoll (DWCP) für das Netzmanagement eingesetzt werden.Management protocols can, for example, be self-configuration protocols, such as the well-known Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) or IPv6 Stateless address autoconfiguration (SLAAC). The latter can advantageously be used together with the Neighbor Discovery Protocol (NDP) - see IETF RFC 4861. Alternatively, protocols specially adapted for use in mesh networks, such as the Ad Hoc Configuration Protocol (AHCP), the Proactive Autoconfiguration Protocol, or the Dynamic WMN Configuration Protocol (DWCP) could be used for network management.

Die in der Recheneinheit 802 implementierten Protokolle können beispielsweise eingerichtet sein, die einzelnen Schritte der Flussdiagramme nach 4 oder 5 zu realisieren, die vom Funkknoten X und/oder einen der anderen Funkknoten A, B, C oder D ausgeführt werden. Alternativ dazu können diese Schritte auch durch die Kombination von Funktionalität in der Recheneinheit 802 und dem Sende-Empfänger 803 realisiert werden. Beispielsweise kann das Netzwerkmanagementprotokoll, dass durch die Recheneinheit 802 implementiert wird, vom Sende-Empfänger 803 in Reaktion auf den Empfang 402, 404 eines Funkbaken-Signals oder einer Registrierungsnachricht die Kennung des Funkknotens, der das Funkbaken Signal bzw. die Registrierungsnachricht gesendet hat, sowie Informationen zu seiner relativen Richtung bezüglich des Funkknotens erhalten, die vom Netzwerkmanagementprotokoll dazu verwendet werden, die Routingtabelle entsprechend zu aktualisieren.The one in the arithmetic unit 802 implemented protocols can be set up, for example, following the individual steps of the flow diagrams 4 or 5 to realize that from the radio node X and / or one of the other radio nodes A . B . C or D be carried out. Alternatively, these steps can also be done by combining functionality in the computing unit 802 and the transceiver 803 will be realized. For example, the network management protocol that that of the computing unit 802 is implemented by the transceiver 803 in response to the receipt 402 . 404 a beacon signal or a registration message, the identifier of the radio node that sent the beacon signal or the registration message and information about its relative direction with respect to the radio node, which are used by the network management protocol to update the routing table accordingly.

Ferner kann das Netzwerkmanagementprotokoll eingerichtet sein, den Sende-Empfänger 803 dazu zu veranlassen, die Funkbaken-Signale entsprechend des jeweiligen Abstrahl-Sektors unter Verwendung von Beamforming auszusenden, so dass das Sperrgebiet S1 ausgespart bleibt. Der Sende-Empfänger 803 kann dazu das Funkbaken-Signal in Abstrahl-Sektor des jeweiligen Funkknotens insgesamt abstrahlen, oder alternativ mehrere Funkbaken-Signale aussenden, mittels Beamforming in unterschiedliche Richtungen innerhalb des Abstrahl-Sektors des Funkknotens ausgesendet werden, umso den Abstrahl-Sektor „abzurastern“. Optional ist es auch möglich, dass die der Sende-Empfänger 803 ein Signal (z.B. ein Funkbaken-Signal) mehrmals hintereinander in einem Übertragungsburst sendet, um so dem den Signalburst empfangenden Funkknoten zu ermöglichen, die relative Richtung aus der das Signal empfangen wird, bzw. die relative Position des empfangenden Funkknoten genauer bestimmen zu können.Furthermore, the network management protocol can be set up, the transceiver 803 to cause the beacon signals to be sent out according to the respective radiation sector using beamforming, so that the restricted area S1 remains omitted. The transceiver 803 For this purpose, the radio beacon signal in the radiation sector of the respective radio node can radiate altogether, or alternatively, several radio beacon signals can be emitted by beamforming in different directions within the radiation sector of the radio node, in order to "scan" the radiation sector. Optionally, it is also possible for the transceiver 803 sends a signal (eg a beacon signal) several times in succession in a transmission burst, so as to enable the radio node receiving the signal burst to determine the relative direction from which the signal is received or the relative position of the receiving radio node more precisely.

Die Recheneinheit 803 kann auch ferner angepasst sein, zusätzliche in einer Bestätigungsnachricht enthaltene Informationen zu verarbeiten und zumindest temporär im Funkknoten 800, z.B. im Speicher 805, zu speichern. Ferner kann die Recheneinheit 803 diese Informationen auch weiterverarbeiten, um beispielsweise die absolute Position des jeweiligen Funkknotens 800 im Bezugskoordinatensystem und/oder die Position des einen oder der mehreren Sperrgebiete S1 zu bestimmen und den/die Abstrahl-Sektor(en) des Funkknotens 800 entsprechend zu bestimmen, um das Beamforming durch den Sende-Empfänger 803 zu steuern.The computing unit 803 can also be further adapted to process additional information contained in a confirmation message and at least temporarily in the radio node 800 , eg in memory 805 , save. Furthermore, the computing unit 803 further process this information, for example to determine the absolute position of the respective radio node 800 in the reference coordinate system and / or the position of the one or more restricted areas S1 to determine and the radiation sector (s) of the radio node 800 to determine accordingly to the beamforming by the transceiver 803 to control.

Die Funktionalität der Funkknoten A, B, C, D, X und 800, wie in Bezug auf die 4, 5 und 8 beschrieben, kann sowohl in Software als auch in Hardware oder einer Kombination aus Software und Hardware implementiert werden. Die Einzelkomponenten der Funkknoten 800, die in Bezug auf 8 beschrieben wurde, kann beispielsweise als ein auf einem SoC implementiert werden. Alternativ ist es auch möglich einzelne Funktionalitäten und/oder Komponenten durch mehrere Chips zu realisieren. Beispielsweise könnte der Sende-Empfänger 803 auf einem eigenen Chip oder Chipset implementiert sein, während die Funktonalität der Prozessoreinheit 802 beispielsweise auf einem SoC implementiert ist oder ein eigenes Subsystem aus mehreren Chips bildet, dass mit dem Sende-Empfänger 803 gekoppelt ist. Entsprechend gilt auch für die Sensoreinheit 801, die beispielsweise mit der Prozessoreinheit 802 integriert in einem Subsystem implementiert werden könnte, oder auch separat davon ausgebildet sein kann.The functionality of the radio nodes A . B . C . D . X and 800 how in terms of 4 . 5 and 8th can be implemented in software as well as in hardware or a combination of software and hardware. The individual components of the radio nodes 800 that regarding 8th has been described, for example, can be implemented as one on a SoC. Alternatively, it is also possible to implement individual functionalities and / or components using multiple chips. For example, the transceiver 803 be implemented on its own chip or chipset, while the functionality of the processor unit 802 For example, is implemented on a SoC or forms its own subsystem from several chips that with the transceiver 803 is coupled. The same applies to the sensor unit 801 that, for example, with the processor unit 802 could be implemented integrated in a subsystem, or can also be formed separately from it.

Die Schnittstelle 806 ist eine optional und kann eine weitere Schnittstelle des Funkknotens 800 darstellen. Schnittstelle 806 kann als drahtgebundene Schnittstelle ausgeführt sein, zum Beispiel als USB Schnittstelle. Alternativ kann die Schnittstelle 806 auch eine drahtlose Schnittstelle sein, und insbesondere (aber nicht darauf beschränkt) eine Nahfeldkommunikation (NFC) oder die Übertragung von Funksignalen in näherer Umgebung (z.B. im Bereich von weniger als mehreren hundert Metern, beispielsweise unter 100 m) ermöglichen. In einer Ausführungsform ist die Schnittstelle 806 als Bluetooth-Schnittstelle ausgebildet. Die Schnittstelle kann beispielsweise zur Übertragung von Daten von einem externen Gerät oder Speichermedium 807, wie ein USB-Stick, an den Funkknoten 800 genutzt werden. Diese Daten können beispielweise Konfigurationsdaten für den Funkknoten erhalten, wie zum Beispiel die Einstellungen zur Nutzung des vermaschten Netzes, Netzwerkeinstellungen (zum Beispiel IP Adresse, Adressen von Gateways und/oder zentralen Servereinheiten, etc.), Daten einer topologischen Karte in der das vermaschte Netz betrieben wird, die absolute Position des Funkknotens im Bezugskoordinatensystem der topologischen Karte, und/oder Firmware.the interface 806 is an optional and can be another interface of the radio node 800 represent. interface 806 can be designed as a wired interface, for example as a USB interface. Alternatively, the interface 806 also be a wireless interface, and in particular (but not limited to) near-field communication (NFC) or the transmission of radio signals in the vicinity (for example in the range of less than several hundred meters, for example under 100 m) enable. In one embodiment, the interface is 806 designed as a Bluetooth interface. The interface can be used, for example, to transfer data from an external device or storage medium 807 , like a USB stick, to the radio node 800 be used. This data can contain, for example, configuration data for the radio node, such as the settings for using the meshed network, network settings (for example IP address, addresses of gateways and / or central server units, etc.), data of a topological map in which the meshed network is operated, the absolute position of the radio node in the reference coordinate system of the topological map, and / or firmware.

Die Konfigurationsdaten können in einem Speicher 805 des Funkknotens 800 gespeichert werden. Dieser Speicher 805 kann auch von der Prozessoreinheit 802, der Sensoreinheit 801 und/oder dem Sende-Empfänger 803 zur Speicherung von Daten genutzt werden.The configuration data can be stored in a memory 805 of the radio node 800 get saved. That memory 805 can also from the processor unit 802 , the sensor unit 801 and / or the transceiver 803 be used to store data.

Andere Aspekte des Funkknotens können auch in Software realisiert sein. Beispielsweise ist es üblich, den Protokollstack (bzw. zumindest Teile davon) in Software zu realisieren, die dann von der Recheneinheit 802, bzw. einer entsprechenden Prozessorkomponente des Sende-Empfängers 803 realisiert wird. Die Einzelschritte der 4 und 5 können beispielweise mittels eines oder mehrerer Computerprogramme, die von einer Recheneinheit 802 ausgeführt wird/werden und auf einem oder mehreren Computer-lesbaren Speichermedien gespeichert sind, realisiert werden. Ein Funkknoten kann dabei angepasst sein, die in Bezug auf 4 oder 5 beschriebene Funktionalität des neuen Funkknotens X und der bereits im Netz integrierten Funkknoten A, B, C und D zu realisieren, denn sobald eine neue Funkknoten X im Netz integriert ist, ist es gemäß einer Ausführungsform möglich, dass der Funkknoten selbst andere Funkknoten ins Netz integriert, indem er die entsprechenden Schritte der bereits ins Netz integrierten Funkknoten ausführt.Other aspects of the radio node can also be implemented in software. For example, it is customary to implement the protocol stack (or at least parts thereof) in software, which is then implemented by the computing unit 802 , or a corresponding processor component of the transceiver 803 is realized. The individual steps of 4 and 5 can, for example, by means of one or more computer programs by a computing unit 802 is / are executed and are stored on one or more computer-readable storage media. A radio node can be adapted in relation to 4 or 5 described functionality of the new radio node X and the radio node already integrated in the network A . B . C and D to realize because as soon as a new radio node X integrated in the network, it is possible according to one embodiment that the radio node itself integrates other radio nodes into the network by carrying out the corresponding steps of the radio nodes already integrated into the network.

Claims (30)

Verfahren zur Integration eines neuen Funkknotens in einem vermaschten Netz, das im Bereich mindestens eines Sperrgebiets liegt, in das bzw. die Funksignale nur mit einer Energiedichte kleiner einem vorgegebenen Schwellenwert gesendet werden dürfen, umfassend: Aussenden von Funkbaken-Signalen von mehreren im vermaschten Netz bereits integrierten Funkknoten, wobei jeder der integrierten Funkknoten beim Aussenden des Funkbaken-Signals relativ zu seiner Position in alle Richtungen aussendet und jeweils nur den Bereich des mindestens einen Sperrgebiets ausspart; bevor der neue Funkknoten erstmals sendet, Empfangen mindestens eines Funkbaken-Signals der von den integrierten Funkknoten ausgesendeten Funkbaken-Signale durch den neuen Funkknoten; für jedes von den integrierten Funkknoten ausgesendete und vom neuen Funkknoten empfangene Funkbaken-Signal, Ermitteln der relativen Richtung des das empfangene Funkbaken-Signal aussendenden und im vermaschten Netz bereits integrierten Funkknotens basierend auf dem jeweiligen empfangenen Funkbaken-Signal; und gerichtetes Senden einer Registrierungs-Nachricht von dem neuen Funkknoten an einen im vermaschten Netz bereits integrierten Funkknoten, von dem ein Funkbaken-Signal empfangen wurde, wobei der neue Funkknoten das die Registrierungs-Nachricht enthaltene Funksignal mittels Strahlformung gerichtet in die ermittelte relative Richtung des bereits integrierten Funkknotens abstrahlt, so dass das Funksignal nicht oder nur mit einer Energiedichte kleiner dem vorgegebenen Schwellenwert in das mindestens eine Sperrgebiet abgestrahlt wird.Method for integrating a new radio node in a meshed network which is in the area of at least one restricted area, into which the radio signal or radio signals may only be transmitted with an energy density less than a predetermined threshold value, comprising: Emitting radio beacon signals from a plurality of radio nodes already integrated in the meshed network, each of the integrated radio nodes emitting the radio beacon signal in all directions relative to its position and in each case leaving out only the area of the at least one restricted area; before the new radio node transmits for the first time, the new radio node receives at least one radio beacon signal of the radio beacon signals transmitted by the integrated radio node; for each radio beacon signal transmitted by the integrated radio node and received by the new radio node, determining the relative direction of the radio node which is transmitting the received radio beacon signal and is already integrated in the meshed network, based on the respective received radio beacon signal; and directed sending of a registration message from the new radio node to a radio node already integrated in the meshed network, from which a radio beacon signal was received, the new radio node directing the radio signal containing the registration message by means of beam shaping in the determined relative direction of the already integrated one Radio node emits so that the radio signal is not radiated into the at least one restricted area or only with an energy density less than the predetermined threshold value. Das Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Empfangen der Registrierungs-Nachricht durch den einen integrierten Funkknoten und Bestätigen der Integration des neuen Funkknoten in das vermaschte Netz durch den einen integrierten Funkknoten.The procedure after Claim 1 , further comprising receiving the registration message by the one integrated radio node and confirming the integration of the new radio node in the meshed network by the one integrated radio node. Das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend das Auswählen des einen integrierten Funkknotens, an den die Registrierungs-Nachricht gesendet wird, aus den integrierten Funkknoten, von denen ein Funkbaken-Signal empfangen wurde.The procedure after Claim 1 or 2 , further comprising selecting the one integrated radio node to which the registration message is sent from the integrated radio nodes from which a beacon signal was received. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der neue Funkknoten nach seiner Aktivierung zunächst für eine vorbestimmte Zeitspanne in einem Zuhör-Modus betrieben wird, in dem der neue Funkknoten nicht selbst sendet und versucht, Funkbaken-Signale von im vermaschten Netz integrierter Funkknoten zu empfangen und die relative Richtung der im vermaschten Netz integrierter Funkknoten basierend auf dem jeweiligen empfangenen Funkbaken-Signal zu bestimmen.Procedure according to one of the Claims 1 to 3 , wherein the new radio node after its activation is initially operated for a predetermined period of time in a listening mode in which the new radio node does not transmit itself and tries to receive beacon signals from radio nodes integrated in the meshed network and the relative direction of those in the meshed Network of integrated radio nodes based on the respective received beacon signal. Verfahren nach Anspruch 4, wobei nach Ablauf der vorbestimmten Zeitspanne der neue Funkknoten den einen integrierten Funkknoten auswählt, an den die Registrierungsnachricht gesendet wird.Procedure according to Claim 4 , wherein after the predetermined period of time the new radio node selects the one integrated radio node to which the registration message is sent. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der neue Funkknoten die Registrierungsnachricht an den bereits im vermaschten Netz integrierten Funkknoten sendet, von dem er zuerst ein Funkbaken-Signal empfängt.Procedure according to Claim 4 , wherein the new radio node sends the registration message to the radio node already integrated in the meshed network, from which it first receives a radio beacon signal. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der neue Funkknoten die Registrierungsnachricht an den bereits im vermaschten Netz integrierten Funkknoten sendet, von dem er das stärkste Funkbaken-Signal empfängt.Procedure according to Claim 4 , wherein the new radio node sends the registration message to the radio node already integrated in the meshed network, from which it receives the strongest radio beacon signal. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner umfassend das Bestimmen der relativen Position des neuen Funkknotens durch Triangulation basierend auf mehreren empfangen Funkbaken-Signalen und/oder anderen Funksignalen, die von den bereits im vermaschten Netz integrierten Funkknoten empfangen wurden.Procedure according to one of the Claims 1 to 7 , further comprising determining the relative position of the new radio node by triangulation based on a plurality of received radio beacon signals and / or other radio signals that were received by the radio nodes already integrated in the meshed network. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die mindestens vier integrierten Funkknoten manuell mit Konfigurationsinformationen konfiguriert werden, wobei die Konfigurationsinformationen mindestens folgende Informationen umfassen: Positionsinformationen, die die Position des jeweiligen Funkknotens in einem Bezugskoordinatensystem identifizieren; Sperrgebietsinformationen, die das mindestens eine Sperrgebiet in dem Bezugskoordinatensystem identifizieren; und optional, Karteninformationen einer topologischen Karte der Umgebung des Funkknotens.Procedure according to Claim 8 , wherein the at least four integrated radio nodes are configured manually with configuration information, the configuration information comprising at least the following information: position information that identifies the position of the respective radio node in a reference coordinate system; Restricted area information identifying the at least one restricted area in the reference coordinate system; and optionally, map information of a topological map of the environment of the radio node. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei das vermaschte Netz initial mindestens vier integrierte Funkknoten umfasst, die einen nicht konvexen Raum aufspannen, so dass der neue Funkknoten seine relative Position durch Triangulation bestimmen kann.Procedure according to Claim 8 or 9 , the meshed network initially comprising at least four integrated radio nodes that span a non-convex space, so that the new radio node can determine its relative position by triangulation. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Funkbaken-Signal von jedem der integrierten Funkknoten gerastert ausgesendet wird, wobei das mindestens eine Sperrgebiet ausgespart wird.Procedure according to one of the Claims 1 to 8th , wherein the radio beacon signal is transmitted from each of the integrated radio nodes in a rasterized manner, the at least one restricted area being left out. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, ferner umfassend: Ermitteln der relativen Richtung des neuen Funkknotens basierend auf einem vom neuen Funkknoten empfangenen Funksignals, das die Registrierungs-Nachricht enthält; wobei der eine integrierte Funkknoten ein die Bestätigung der Integration des neuen Funkknoten in das vermaschte Netz enthaltenes Funksignal mittels Strahlformung gerichtet in die ermittelte relative Richtung des neuen Funkknotens abstrahlt, so dass das Funksignal nicht oder nur mit einer Energiedichte kleiner dem vorgegebenen Schwellenwert in das mindestens eine Sperrgebiet abgestrahlt wird.Procedure according to one of the Claims 1 to 11 , further comprising: determining the relative direction of the new radio node based on a radio signal received from the new radio node that contains the registration message; the one integrated radio node emits a radio signal containing the confirmation of the integration of the new radio node into the meshed network by means of beam shaping in the determined relative direction of the new radio node, so that the radio signal does not or only with an energy density less than the predetermined threshold value in the at least one Restricted area is emitted. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Bestätigen der Integration des neuen Funkknoten in dem vermaschten Netz durch den einen integrierten Funkknoten umfasst: Senden von Positionsinformationen, die die absolute Position des einen integrierten Funkknoten in einem Bezugskoordinatensystem identifizieren; und Senden von Sperrgebietsinformationen, die das mindestens eine Sperrgebiet in dem Bezugskoordinatensystem identifizieren.Procedure according to one of the Claims 1 to 11 , wherein confirming the integration of the new radio node in the meshed network by the one integrated radio node comprises: sending position information identifying the absolute position of the one integrated radio node in a reference coordinate system; and sending restricted area information identifying the at least one restricted area in the reference coordinate system. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Positionsinformationen ferner die absolute Position anderer bereits im vermaschten Netz integrierten Funkknoten in dem Bezugskoordinatensystem identifiziert, die dem einen integrierten Funkknoten bekannt sind.Procedure according to Claim 12 , the position information also identifying the absolute position of other radio nodes already integrated in the meshed network in the reference coordinate system, which are known to the one integrated radio node. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei der neue Funkknoten seine eigene absolute Position im Bezugskoordinatensystem basierend auf einer durch Triangulation ermittelten eigenen relativen Position und den Positionsinformationen von mindestens dem einen integrierten Funkknoten im Bezugskoordinatensystem ermittelt; und die ermittelte absolute Position des neuen Funkknotens im Bezugskoordinatensystem zumindest dem einen integrierten Funkknoten mittels einer Nachricht mitteilt, wobei das die Nachricht enthaltende Funksignal mittels Strahlformung gerichtet in die ermittelte relative Richtung des einen integrierten Funkknotens abstrahlt wird, so dass das Funksignal nicht oder nur mit einer Energiedichte kleiner dem vorgegebenen Schwellenwert in das mindestens eine Sperrgebiet abgestrahlt wird.Procedure according to Claim 13 or 14 , wherein the new radio node determines its own absolute position in the reference coordinate system based on its own relative position determined by triangulation and the position information from at least one integrated radio node in the reference coordinate system; and the determined absolute position of the new radio node in the reference coordinate system communicates at least to the one integrated radio node by means of a message, the radio signal containing the message being directed in the determined relative direction of the one integrated radio node by means of beam shaping, so that the radio signal is not or only with one Energy density less than the predetermined threshold into which at least one restricted area is emitted. Verfahren nach Anspruch 15, wobei der neue Funkknoten die ermittelte absolute Position des neuen Funkknotens im Bezugskoordinatensystem dem einen integrierten Funkknoten mittels der Registrierungsnachricht mitteilt.Procedure according to Claim 15 , wherein the new radio node communicates the determined absolute position of the new radio node in the reference coordinate system to the one integrated radio node by means of the registration message. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei der neue Funkknoten einen anderen im vermaschten Netz bereits integrierten Funkknoten, von dem ein Funkbaken-Signal empfangen wurde, auswählt, wenn der neue Funkknoten innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne nach dem Aussenden der Registrierungs-Nachricht keine Bestätigung seiner Integration in das vermaschte Netz durch den einen integrierten Funkknoten empfängt, und der neue Funkknoten eine zweite Registrierungs-Nachricht an den anderen integrierten Funkknoten gerichtet sendet, wobei der neue Funkknoten das die zweite Registrierungs-Nachricht enthaltene Funksignal mittels Strahlformung gerichtet in eine ermittelte relative Richtung des anderen ausgewählten integrierten Funkknotens abstrahlt, so dass das Funksignal nicht in das mindestens eine Sperrgebiet abgestrahlt wird.Procedure according to one of the Claims 1 to 16 , wherein the new radio node selects another radio node already integrated in the meshed network, from which a beacon signal has been received, if the new radio node does not confirm its integration into the meshed network by the within a predetermined period of time after sending out the registration message receives an integrated radio node, and the new radio node sends a second registration message directed to the other integrated radio node, the new radio node directing the radio signal containing the second registration message by means of beam shaping in a determined relative direction of the other selected integrated radio node, so that the radio signal does not enter the at least one restricted area is emitted. Funkknoten zur Verwendung in einem vermaschten Netz, das im Bereich mindestens eines Sperrgebiets liegt, in das bzw. die nur Funksignale mit einer Energiedichte kleiner einem vorgegebenen Schwellenwert gesendet werden dürfen, wobei der Funkknoten umfasst: einen Sende-Empfänger zum Empfangen von Funkbaken-Signalen von mehreren im vermaschten Netz bereits integrierten anderen Funkknoten, wobei der Sende-Empfänger angepasst ist, nicht selbst zu senden, bevor ein Funkbaken-Signal empfangen wurde; eine Prozessoreinheit, um für jedes vom Sende-Empfänger empfangene Funkbaken-Signal basierend auf dem jeweiligen empfangenen Funkbaken-Signal eine relative Richtung des das jeweilige empfangene Funkbaken-Signal aussendenden anderen Funkknotens bezüglich des Funkknotens zu ermitteln; wobei der Sende-Empfänger ferner zum gerichteten Senden einer Registrierungs-Nachricht an einen im vermaschten Netz bereits integrierten anderen Funkknoten, von dem ein Funkbaken-Signal empfangen wurde, eingerichtet ist, und wobei der Sende-Empfänger das die Registrierungs-Nachricht enthaltene Funksignal mittels Strahlformung gerichtet in die ermittelte relative Richtung des einen im vermaschten Netz bereits integrierten anderen Funkknotens abstrahlt, so dass das Funksignal nicht oder nur mit einer Energiedichte kleiner dem vorgegebenen Schwellenwert in das mindestens eine Sperrgebiet abgestrahlt wird.Radio nodes for use in a meshed network, which is in the area of at least one restricted area, into which only radio signals with an energy density less than a predetermined threshold value may be sent, the radio node comprising: a transceiver for receiving beacon signals from several other radio nodes already integrated in the meshed network, the transceiver being adapted not to transmit itself before a beacon signal has been received; a processor unit for determining for each radio beacon signal received by the transceiver, based on the respective received radio beacon signal, a relative direction of the other radio node transmitting the respective received radio beacon signal with respect to the radio node; wherein the transceiver is further configured to send a registration message to another radio node already integrated in the meshed network, from which a beacon signal was received, and wherein the transceiver emits the radio signal containing the registration message by means of beam shaping in the determined relative direction of the other radio node already integrated in the meshed network, so that the radio signal does not or only with an energy density less than the predetermined threshold value in the at least one restricted area is emitted. Funkknoten nach Anspruch 18, wobei der Sende-Empfänger ferner zum Empfangen einer Bestätigungsnachricht von dem einen im vermaschten Netz bereits integrierten anderen Funkknoten eingerichtet ist, wobei die Bestätigungsnachricht die Integration des neuen Funkknoten in das vermaschte Netz durch den einen integrierten Funkknoten bestätigt.Radio node after Claim 18 , wherein the transceiver is also set up to receive a confirmation message from one of the other radio nodes already integrated in the meshed network, the confirmation message confirming the integration of the new radio node into the meshed network by the one integrated radio node. Funkknoten nach Anspruch 18 oder 19, wobei die Prozessoreinheit zum Auswählen des einen integrierten anderen Funkknotens, an den die Registrierungs-Nachricht gesendet wird, aus den integrierten Funkknoten, von denen ein Funkbaken-Signal empfangen wurde, eingerichtet ist.Radio node after Claim 18 or 19 , wherein the processor unit is configured to select the one other integrated radio node to which the registration message is sent from the integrated radio nodes from which a beacon signal was received. Funkknoten nach einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei der Funkknoten nach seiner Aktivierung zunächst für eine vorbestimmte Zeitspanne in einem Zuhör-Modus betrieben wird, in dem der Sende-Empfänger eingerichtet ist, nicht selbst zu senden und versucht, Funkbaken-Signale von im vermaschten Netz integrierter anderen Funkknoten zu empfangen und die relative Richtung der im vermaschten Netz integrierter anderen Funkknoten basierend auf dem jeweiligen empfangenen Funkbaken-Signal zu bestimmen.Radio node according to one of the Claims 18 to 20 , wherein the radio node after its activation is initially operated for a predetermined period of time in a listening mode in which the transceiver is set up not to transmit itself and tries to receive beacon signals from other radio nodes integrated in the meshed network and the determine the relative direction of the other radio nodes integrated in the meshed network based on the respective received radio beacon signal. Funkknoten nach Anspruch 21, wobei der Sende-Empfänger nach Ablauf der vorbestimmten Zeitspanne den einen integrierten anderen Funkknoten auswählt, an den die Registrierungsnachricht gesendet wird.Radio node after Claim 21 , wherein the transceiver selects the one integrated radio node to which the registration message is sent after the predetermined time period. Funkknoten nach Anspruch 21, wobei der Sende-Empfänger eingerichtet ist, die Registrierungsnachricht an den bereits im vermaschten Netz integrierten anderen Funkknoten senden, von dem er zuerst ein Funkbaken-Signal empfängt.Radio node after Claim 21 , wherein the transceiver is set up to send the registration message to the other radio node already integrated in the meshed network, from which it first receives a radio beacon signal. Funkknoten nach einem der Ansprüche 18 bis 23, wobei die Prozessoreinheit zum Bestimmen der relativen Position des Funkknotens durch Triangulation basierend auf mehreren empfangen Funkbaken-Signalen und/oder anderen Funksignalen, die von den bereits im vermaschten Netz integrierten anderen Funkknoten empfangen wurden, eingerichtet ist.Radio node according to one of the Claims 18 to 23 , wherein the processor unit is set up to determine the relative position of the radio node by triangulation based on a plurality of received radio beacon signals and / or other radio signals received by the other radio nodes already integrated in the meshed network. Funkknoten nach einem der Ansprüche 18 bis 24, wobei der Sende-Empfänger eingerichtet ist zum: Empfangen von Positionsinformationen, die die absolute Position des einen integrierten andere Funkknoten in einem Bezugskoordinatensystem identifizieren; und Empfangen von Sperrgebietsinformationen, die das mindestens eine Sperrgebiet in dem Bezugskoordinatensystem identifizieren.Radio node according to one of the Claims 18 to 24 , wherein the transceiver is configured to: receive position information that identifies the absolute position of the one other integrated radio node in a reference coordinate system; and receiving restricted area information identifying the at least one restricted area in the reference coordinate system. Funkknoten nach Anspruch 25, wobei die Positionsinformationen ferner die jeweilige absolute Position anderer bereits im vermaschten Netz integrierter Funkknoten in dem Bezugskoordinatensystem identifiziert, die dem einen integrierten anderen Funkknoten bekannt sind.Radio node after Claim 25 , wherein the position information further identifies the respective absolute position of other radio nodes already integrated in the meshed network in the reference coordinate system, which are known to the one integrated other radio node. Funkknoten nach Anspruch 25 oder 26, wobei die Prozessoreinheit eingerichtet ist, seine eigene absolute Position im Bezugskoordinatensystem basierend auf einer durch Triangulation ermittelten eigenen relativen Position und den Positionsinformationen von mindestens dem einen integrierten Funkknoten im Bezugskoordinatensystem zu ermitteln, und eine Mitteilung der ermittelten absoluten Position des Funkknotens im Bezugskoordinatensystem zumindest dem einen integrierten anderen Funkknoten mittels einer Nachricht zu veranlassen, wobei der Sende-Empfänger ferner eingerichtet ist, das die Nachricht enthaltende Funksignal mittels Strahlformung gerichtet in die ermittelte relative Richtung des einen integrierten Funkknotens abzustrahlen, so dass das Funksignal nicht oder nur mit einer Energiedichte kleiner dem vorgegebenen Schwellenwert in das mindestens eine Sperrgebiet abgestrahlt wird.Radio node after Claim 25 or 26 , wherein the processor unit is set up to determine its own absolute position in the reference coordinate system based on its own relative position determined by triangulation and the position information of at least one integrated radio node in the reference coordinate system, and a notification of the determined absolute position of the radio node in the reference coordinate system at least one to initiate an integrated other radio node by means of a message, the transceiver also being set up to direct the radio signal containing the message by means of beam shaping in the determined relative direction of the one integrated radio node radiate so that the radio signal is not radiated into the at least one restricted area or only with an energy density less than the predetermined threshold value. Funkknoten nach Anspruch 27, wobei der Sende-Empfänger eingerichtet ist, die ermittelte absolute Position des neuen Funkknotens im Bezugskoordinatensystem dem einen integrierten Funkknoten mittels der Registrierungsnachricht zu senden.Radio node after Claim 27 , wherein the transceiver is set up to send the determined absolute position of the new radio node in the reference coordinate system to the one integrated radio node by means of the registration message. Funkknoten nach einem der Ansprüche 18 bis 28, wobei die Prozessoreinheit ferner eingerichtet ist, einen anderen im vermaschten Netz bereits integrierten Funkknoten, von dem ein Funkbaken-Signal empfangen wurde auszuwählen, wenn der Funkknoten innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne nach dem Aussenden der Registrierungs-Nachricht keine Bestätigung seiner Integration in das vermaschte Netz durch den einen integrierten Funkknoten empfängt, und wobei der Sende-Empfänger ferner eingerichtet ist, eine zweite Registrierungs-Nachricht an den anderen integrierten Funkknoten gerichtet zu senden, und das die zweite Registrierungs-Nachricht enthaltene Funksignal mittels Strahlformung gerichtet in eine ermittelte relative Richtung des anderen ausgewählten integrierten Funkknotens abzustrahlen, so dass das Funksignal nicht in das mindestens eine Sperrgebiet abgestrahlt wird.Radio node according to one of the Claims 18 to 28 , wherein the processor unit is further configured to select another radio node already integrated in the meshed network, from which a radio beacon signal has been received, if the radio node fails to confirm its integration into the meshed network within a predetermined period of time after the registration message has been sent which receives an integrated radio node, and wherein the transceiver is further configured to send a second registration message directed to the other integrated radio node, and the radio signal containing the second registration message is directed in a determined relative direction of the other selected by means of beam shaping to emit integrated radio nodes so that the radio signal is not emitted into the at least one restricted area. Funkknoten zur Verwendung in einem vermaschten Netz, das im Bereich mindestens eines Sperrgebiets liegt, in das bzw. die nur Funksignale mit einer Energiedichte kleiner einem vorgegebenen Schwellenwert gesendet werden dürfen, wobei der Funkknoten bereits im vermaschten Netz integriert ist und wobei der Funkknoten umfasst: einen Sende-Empfänger zum Senden eines Funkbaken-Signals, wobei der Sende-Empfänger eingerichtet ist, das Funkbaken-Signal gerastert auszusenden, wobei das mindestens eine Sperrgebiet ausgespart wird; wobei der Sende-Empfänger ferner zum Empfangen einer Funksignals, das eine Registrierungs-Nachricht von einem anderen nicht im vermaschten Netz integrierten Funkknoten enthält; einer Prozessoreinheit zum Ermitteln der relativen Richtung des anderen Funkknotens basierend auf dem vom anderen Funkknoten empfangenen Funksignals; wobei der Sende-Empfänger ferner zum Senden einer Bestätigungsnachricht an den anderen Funkknoten eingerichtet ist, wobei die Bestätigungsnachricht die Integration des neuen Funkknoten in das vermaschte Netz durch den einen integrierten Funkknoten bestätigt, und wobei der Sende-Empfänger das die Bestätigungsnachricht enthaltene Funksignal mittels Strahlformung gerichtet in die ermittelte relative Richtung des anderen Funkknotens abstrahlt, so dass das Funksignal nicht oder nur mit einer Energiedichte kleiner dem vorgegebenen Schwellenwert in das mindestens eine Sperrgebiet abgestrahlt wird.Radio nodes for use in a meshed network that is in the area of at least one restricted area, into which only radio signals with an energy density less than a predetermined threshold may be sent, the radio node already being integrated in the meshed network and the radio node comprising: a transceiver for transmitting a beacon signal, the transceiver being set up to transmit the beacon signal in a rasterized manner, the at least one restricted area being left out; the transceiver further receiving a radio signal containing a registration message from another radio node not integrated in the meshed network; a processor unit for determining the relative direction of the other radio node based on the radio signal received from the other radio node; wherein the transceiver is further configured to send a confirmation message to the other radio node, the confirmation message confirming the integration of the new radio node into the meshed network by the one integrated radio node, and wherein the transceiver directs the radio signal containing the confirmation message by means of beam shaping radiates in the determined relative direction of the other radio node, so that the radio signal is not radiated into the at least one restricted area or only with an energy density lower than the predetermined threshold value.
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