DE19653443A1 - Datenfunknetz - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Datenfunknetze, deren Netzknoten die Fähigkeit zur Vermittlung besitzen, d. h. die Fähigkeit, Datenpakete von anderen Netzknoten an dem beabsichtigten Empfänger bzw. an andere Knoten zum Zweck der Vermittlung weiterzuleiten.

Es ist bekannt, eine Antenne abwechselnd zum Senden und zum Empfangen zu verwenden. Die Datenpakete werden dabei empfan­ gen und danach über die gleiche Antenne wieder ausgesendet. Bei Anwendungen bei höheren Frequenzen wird zum Empfang häu­ fig ein sogenanntes Antennendiversity eingesetzt. Dabei wer­ den typischerweise zwei meist identische Antennen verwendet, die in einem gewissen Abstand voneinander montiert sind. Empfängt eine Antenne aufgrund einer Mehrwegeausbreitung kein Signal, so ist mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit an der zweiten Antenne durch die räumliche Trennung ein ausrei­ chend starkes Signal vorhanden. Dabei sollte die Beabstan­ dung der Antennen voneinander mehrere Wellenlängen betragen. Ein typischerweise verwendeter Abstand ist sechs Wellenlän­ gen.

Bei einem Netzwerk mit automatischer Weiterleitung können die Datenpakete jedoch im Regelfall nicht gerichtet ausge­ strahlt werden. Folglich kann unter ungünstigen Umständen die Anzahl der Vermittlungsvorgänge drastisch erhöht sein.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Funknetz, eine Sende-Empfangsstation für ein Funknetz sowie ein Verfahren zum Übertragen von Daten in einem Funknetz zu schaffen, die eine optimale Übertragung von Daten ermögli­ chen, wenn einer oder mehrere Netzknoten des Funknetzes als Vermittlungsknoten verwendet werden.

Diese Aufgabe wird durch ein Funknetz gemäß Anspruch 1, eine Sende-Empfangsstation gemäß Anspruch 9 und ein Verfahren zum Übertragen von Daten in einem Funknetz gemäß Anspruch 10 ge­ löst.

Die vorliegende Erfindung schafft ein Funknetz, das aus ei­ ner Vielzahl von Netzknoten besteht, bei dem zumindest ein Netzknoten eine Sende-Empfangseinrichtung, zumindest eine erste Antenne mit einer kleinen Sende/Empfangskeule, zumin­ dest eine zweite Antenne mit einer großen Sende/Empfangskeu­ le, eine Umschalteinrichtung zum Verbinden der Sende-Emp­ fangseinrichtung mit der zumindest einen ersten oder der zu­ mindest einen zweiten Antenne und eine Umschaltsteuerein­ richtung aufweist, die für weitere Netzknoten Steuerinforma­ tionen speichert, aufgrund derer für eine Kommunikation mit diesen Netzknoten die zumindest eine erste oder die zumin­ dest eine zweite Antenne verwendet wird.

Die vorliegende Erfindung schafft ferner eine Sende-Emp­ fangsstation zur Verwendung in einem Funknetz der oben be­ schriebenen Art.

Die vorliegende Erfindung schafft überdies ein Verfahren zum Übertragen von Daten in einem Netz mit einer Vielzahl von Netzknoten, wobei zumindest einer der Netzknoten eine Sen­ de-Empfangseinrichtung, zumindest eine erste Antenne mit einer kleinen Sende/Empfangskeule, zumindest eine zweite An­ tenne mit einer großen Sende/Empfangskeule, eine Umschalt­ einrichtung zum Verbinden der Sende-Empfangseinrichtung mit der zumindest einen ersten oder der zumindest einen zweiten Antenne und eine Umschaltsteuereinrichtung aufweist. Wenn der zumindest eine Netzknoten zum Weiterleiten von Daten von einem ersten zu einem zweiten Netzknoten verwendet wird, werden zunächst die Daten von dem ersten Netzknoten empfan­ gen. Abhängig von der Topologie des Netzwerkes wird dann die zumindest eine erste oder die zumindest eine zweite Antenne ausgewählt. Danach wird die ausgewählte Antenne mit der Sen­ de-Empfangseinrichtung verbunden, woraufhin die Daten über die ausgewählte Antenne zu dem zweiten Netzknoten gesendet werden.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, bei der Weiterlei­ tung von Datenpaketen durch Netzknoten eines Funknetz es zwi­ schen Antennen mit unterschiedlicher Richtcharakteristik auszuwählen. Ein Netzknoten kann somit beispielsweise ein Datenpaket über eine Richtantenne von der weit entfernten Zentrale empfangen und anschließend über eine Rundstrahlan­ tenne an andere Stationen verteilen. Dabei wird vorzugsweise der gleiche Frequenzkanal und die gleiche Sendeempfangsein­ richtung verwendet. Somit handelt es sich nicht um den Ein­ satz einer Richtfunkstrecke im klassischen Sinn, bei der se­ parate Sender und Empfänger mit scharf bündelnden Antennen eingesetzt werden, um eine Verbindung zwischen einer Zentra­ le und einer anderen Station aufzubauen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung weist jeder Netzknoten, der möglicherweise zur Vermittlung von Daten zwischen zwei ande­ ren Netzknoten verwendet wird, den oben beschriebenen Aufbau auf. Ferner weist jeder derartige Netzknoten vorzugsweise eine Vorrichtung zum Feststellen der Topologie des Netzwer­ kes auf, wobei die Umschaltsteuereinrichtung dann abhängig von der Topologie des Netzwerkes die Steuerinformationen festlegt, aufgrund derer die für eine Kommunikation mit an­ deren Netzknoten jeweils zu verwendende Antenne festgelegt wird. Das erfindungsgemäße Funknetz und das Verfahren zum Übertragen von Daten in einem Funknetz eignen sich vorteil­ haft zur Anwendung in Telemetriesystemen, die zur Übertra­ gung von Fernmeß- und Fernwirk-Daten dienen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird gegenüber einem Funk­ netz mit nur einer Antenne bei der Vermittlung ein zusätzli­ cher Freiheitsgrad gewonnen, da manche Stationen nur über Richtantenne, andere nur über Rundstrahler erreichbar sind. Ferner geht die Belegung des Frequenzkanals zurück, da Sta­ tionen, die nicht im Bereich der Hauptkeule der Richtantenne liegen, weniger gestört werden. Der Einsatz der Richtantenne macht den Empfänger weniger empfindlich gegen Störungen, die nicht aus der Hauptstrahlungsrichtung kommen. Die Reichweite des Systems kann der zu überbrückenden Entfernung angepaßt werden.

Ferner kann sich gemäß der vorliegenden Erfindung ein Netz­ knoten selbständig zur Basisstation machen, indem er die Da­ ten per Richtantenne von der Zentrale empfängt und per Rund­ strahler an die Knoten, die die Daten von der Zentrale nicht direkt empfangen können, weiterleitet. Der optionale Einsatz einer zweiten Antenne ist wesentlich kostensparender als der Einsatz einer Richtstrecke auf einer anderen Frequenz.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die zumindest eine er­ ste Antenne vorzugsweise ein Richtstrahler, während die zumindest eine zweite Antenne vorzugsweise ein Rundstrahler ist. Diese Antennen sind über einen Umschalter wahlweise mit dem Hochfrequenz-Eingang bzw. Ausgang der Sende-Empfangsein­ richtung verbindbar. Ein Netzknoten gemäß der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise einen Rundstrahler und zwei Richtstrahler aufweisen, um Daten von einer entfernten Sta­ tion mittels des ersten Richtstrahlers zu empfangen, die Da­ ten mittels des Rundstrahlers an naheliegendere Netzknoten zu senden, und um die Daten mittels der zweiten Richtantenne zu einem weiter entfernten Netzknoten, der sich innerhalb der Sende/Empfangskeule des Richtstrahlers befindet, zu sen­ den.

Der Antennenumschalter wird von der digitalen Steuerung des Netzknotens gesteuert. Diese Steuerung entscheidet aufgrund ihrer Kenntnis der Netzwerktopologie, d. h. beispielsweise der jeweils günstigsten Verbindungsmöglichkeit, welche An­ tenne sich für welche Verbindung am besten eignet. Die Netz­ werktopologie kann beispielsweise durch Testsignale zum Überwachen der vorliegenden Netzwerkknoten sowie der Verbin­ dungen zwischen denselben, oder durch einen Quittungsbetrieb Während der normalen Nachrichtenübertragung festgestellt werden.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich­ nungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes einfaches Ausführungsbeispiel eines Funknetzes gemäß der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 2 ein zweites einfaches Ausführungsbeispiel eines Funknetzes gemäß der vorliegenden Erfindung.

In Fig. 1 ist ein Netzwerkknoten 10, mehrere Netzwerkknoten 12 und ein Netzwerkknoten 14 dargestellt. Der Netzwerkknoten 14 ist von dem Netzwerkknoten 10 relativ weit beabstandet, während die Netzwerkknoten 12 im näheren Umkreis des Netz­ werkknotens 10 liegen. Der Netzwerkknoten 10 liegt ferner in der Strahlungskeule 16 einer Richtantenne des Netzwerkkno­ tens 14. Der Netzwerkknoten 10 weist eine Richtantenne auf, mit der er durch die Richtantenne des Netzwerkknotens 14 ge­ sendete Daten empfängt. Es sei darauf hingewiesen, daß Funk­ verbindungen in den Figuren durch gestrichelte Linien darge­ stellt sind. Der Netzwerkknoten 10 weist ferner eine Rund­ strahlantenne auf, deren Reichweite 18 in Fig. 1 dargestellt ist. Die Knoten 12 liegen innerhalb der Reichweite 18 der Rundstrahlantenne des Netzwerkknotens 10.

Der Netzwerkknoten 10 empfängt somit mittels der Richtan­ tenne, die auf den Netzknoten 14 ausgerichtet ist, Daten, die von dem Netzknoten 14 gesendet werden. Dabei ist die Richtantenne mit einer Sende-Empfangseinrichtung des Netz­ werkknotens 10 verbunden. Nachfolgend steuert eine Umschalt­ steuereinrichtung des Netzwerkknotens 10 eine Umschaltein­ richtung des Netzwerkknotens 10 derart, daß die Sende-Emp­ fangseinrichtung mit der Rundstrahlantenne verbunden wird. Die vorher empfangenen Daten werden dann über die Rund­ strahlantenne gesendet, wobei die Netzwerkknoten 12 die mit­ tels der Rundstrahlantenne gesendeten Daten empfangen kön­ nen. Die Netzwerkknoten 12 können eine Rundstrahlantenne oder eine Richtantenne, aufweisen, um die von der Rund­ strahlantenne des Netzwerkknotens 10 gesendeten Daten zu empfangen. Die Netzwerkknoten 12 können ferner den gleichen Aufbau wie der Netzwerkknoten 10 aufweisen, um die empfange­ nen Daten gegebenenfalls weiter zu vermitteln, wobei die je­ weils zu verwendende Antenne abhängig von der Netzwerktopo­ logie bestimmt wird.

Ein weiteres vereinfachtes Ausführungsbeispiel der vorlie­ genden Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. Ein Netzwerkkno­ ten 20 weist eine Richtantenne und eine Rundstrahlantenne auf. Eine Mehrzahl von Netzwerkknoten 22 sind angeordnet, um Daten zu dem Netzwerkknoten 20 zu senden, die derselbe mit der Rundstrahlantenne empfängt. Die Daten können dabei von den Netzwerkknoten 22 mittels einer beliebigen Antenne zu dem Netzwerkknoten 20 gesendet werden. Der Netzwerkknoten 20 weist die gleichen Merkmale wie der oben beschriebene Netz­ werkknoten 10 auf. Hat der Netzwerkknoten 20 Daten von einem beliebigen der Netzwerkknoten 22 empfangen, steuert die Um­ schaltsteuereinrichtung die Umschalteinrichtung, um die Sen­ de-Empfangseinrichtung des Netzwerkknotens 20 mit der Richt­ strahlantenne desselben zu verbinden.

In der Sende/Empfangskeule der Richtantenne des Netzwerkkno­ tens 20 befindet sich ein weiterer Netzwerkknoten 24. Der Netzwerkknoten 24 empfängt die über die Richtstrahlantenne des Netzwerkknotens 20 gesendeten Daten.

Es ist offensichtlich, daß sämtliche in den Fig. 1 und 2 dargestellten Netzwerkknoten die bezüglich des Netzwerkkno­ tens 10 beschriebenen Merkmale aufweisen können, um eine Vermittlung von Daten zwischen einem der dargestellten Kno­ ten und weiteren Knoten, die in den Figuren nicht darge­ stellt sind, zu ermöglichen.

Allgemein enthält eine Anzahl von Netzknoten, die sich durch den Ort ihrer Installation dafür anbieten, je eine Antenne mit einer großen Sende/Empfangskeule, beispielsweise eine Rundstrahlantenne, und eine Antenne mit einer kleinen Sen­ de/Empfangskeule, beispielsweise eine Richtantenne, die eine festgelegte Hauptstrahlrichtung aufweist. Jeder Netzknoten besitzt aus vorhergehenden Vermittlungsvorgängen innerhalb des Netzes Kenntnis über Topologiemerkmale des Netzes-. Diese Kenntnis ermöglicht es dem Netzknoten jeweils die Antenne zu bestimmen, die für die Kommunikation mit einem anderen Netz­ knoten am besten geeignet ist. Ferner hat der Netzknoten über die Kenntnis der Topologiemerkmale Kenntnis darüber, welche anderen Netzknoten durch den Einsatz der Richtantenne und welche anderen Netzknoten durch Einsatz der Rundstrahl­ antenne erreichbar sind. Der Netzknoten entscheidet basie­ rend auf den Topologiemerkmalen, welche Antenne für Senden und Empfangen wann zum Einsatz kommt, um die Anzahl von Wei­ terleitungen so gering wie möglich zu halten und somit das verwendete Medium optimal auszulasten.

Es können unterschiedliche Strategien verfolgt werden. Bei­ spielsweise kann der Empfang immer über die Rundstrahlanten­ ne realisiert werden, während das Senden über den Richt­ strahler erfolgt, sofern der für den Empfang bestimmte Netz­ knoten in der Richtung der Hauptkeule des Richtstrahlers liegt. Alternativ kann der Empfang immer über die Richtan­ tenne erfolgen, beispielsweise direkt von der Zentrale, wenn der empfangende Knoten innerhalb der Sende/Empfangskeule der Zentrale liegt, wobei das Senden über die Rundstrahlantenne zu anderen Knoten erfolgt, wobei die anderen Knoten nicht über eine Richtantenne verfügen müssen.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich somit auf ein Funk­ netz, das aus einer Anzahl von Netzknoten besteht, wobei zu­ mindest einer der Netzknoten und vorzugsweise eine Mehrzahl oder alle der Netzknoten Pakete weitervermitteln können. Vorzugsweise befinden sich alle Netzknoten zu einem Zeit­ punkt auf einem Frequenzkanal. Die vorliegende Erfindung eignet sich vorteilhaft zur Übertragung von Fernwirk- und Telemetrie-Daten. Zumindest die Netzknoten, die zur Weiter­ vermittlung verwendet werden, verfügen über zwei Antennen mit unterschiedlicher Richtcharakteristik und eine Umschalt­ vorrichtung zum Umschalten zwischen diesen Antennen, wobei die eine Antenne vorzugsweise eine Rundstrahlantenne und die andere vorzugsweise eine Richtantenne ist. Bei der Weiter­ leitung und gegebenenfalls beim Empfang der Pakete entschei­ den die Netzknoten selbsttätig, ob das Ziel am effiziente­ sten mit der Richtantenne oder mit der Rundstrahlantenne er­ reicht werden kann.

Claims (10)

1. Funknetz, bestehend aus einer Vielzahl von Netzknoten (10, 12, 14; 20, 22, 24), bei dem zumindest ein Netzkno­ ten (10; 20) eine Sende-Empfangseinrichtung, zumindest eine erste Antenne mit einer kleinen Sende/Empfangskeule (16), zumindest eine zweite Antenne mit einer großen Sende/Empfangskeule (18), eine Umschalteinrichtung zum Verbinden der Sende-Empfangseinrichtung mit der zumin­ dest einen ersten oder der zumindest einen zweiten An­ tenne und eine Umschaltsteuereinrichtung aufweist, die für weitere Netzknoten (12, 14; 22, 24) Steuerinforma­ tionen speichert, aufgrund derer für eine Kommunikation mit diesen Netzknoten die zumindest eine erste oder die zumindest eine zweite Antenne verwendet wird.

2. Funknetz gemäß Anspruch 1, bei dem die zumindest eine erste Antenne ein Richtstrahler ist.

3. Funknetz gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die zumindest eine zweite Antenne ein Rundstrahler ist.

4. Funknetz gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der zumindest eine Netzknoten (10) Funkdaten über die zumin­ dest eine erste Antenne von einem weit entfernten Netz­ knoten (14) empfängt und über die zumindest eine zweite Antenne an eine Mehrzahl weniger weit entfernter Netz­ knoten (12) weitersendet.

5. Funknetz gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der zumindest eine Netzknoten (20) Funkdaten über die zumin­ dest eine zweite Antenne empfängt und über die zumindest eine erste Antenne an zumindest einen innerhalb der Sen­ de/Empfangskeule der zumindest einen ersten Antenne lie­ genden Netzknoten (24) weitersendet.

6. Funknetz gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Funkdaten über die zumindest eine erste und die zumin­ dest eine zweite Antenne mit der gleichen Frequenz ge­ sendet werden.

7. Funknetz gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der zumindest eine Netzknoten (10; 20) eine Vorrichtung zum Feststellen der Topologie des Netzwerks aufweist, wobei die Umschaltsteuereinrichtung abhängig von der Topologie des Netzwerks die Steuerinformationen festlegt, aufgrund derer für eine Kommunikation mit anderen Netzknoten die zumindest eine erste oder die zweite Antenne verwendet wird.

8. Verwendung eines Funknetzes gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Übertragung von Telemetriedaten zwischen einer Vielzahl von Netzknoten.

9. Sende-Empfangsstation für ein Netzwerk mit folgenden Merkmalen:
einer Sende-Empfangseinrichtung;
zumindest einer ersten Antenne mit einer kleinen Sen­ de/Empfangskeule (16);
zumindest einer zweiten Antenne mit einer großen Sen­ de/Empfangskeule (18);
eine Umschalteinrichtung zum Verbinden der Sende-Emp­ fangseinrichtung mit der zumindest einen ersten oder der zumindest einen zweiten Antenne;
einer Umschaltsteuereinrichtung, die für weitere Netz­ knoten eines Netzes, dem die Sende-Empfangseinrichtung zugeordnet ist, Steuerinformationen speichert, aufgrund derer für eine Kommunikation mit diesen Netzknoten die zumindest eine erste oder die zumindest eine zweite An­ tenne verwendet wird.

10. Verfahren zum Übertragen von Daten in einem Netz mit ei­ ner Vielzahl von Netzknoten (10, 12, 14; 20, 22, 24), wobei zumindest einer der Netzknoten (10; 20) eine Sen­ de-Empfangseinrichtung, zumindest eine erste Antenne mit einer kleinen Sende/Empfangskeule (16), zumindest eine zweite Antenne mit einer großen Sende/Empfangskeule (18), eine Umschalteinrichtung zum Verbinden der Sende-Em­ pfangseinrichtung mit der zumindest einen ersten oder der zumindest einen zweiten Antenne und eine Umschalt­ steuereinrichtung aufweist, mit folgenden Schritten, wenn der zumindest eine Netzknoten (10; 20) zum Weiter­ leiten von Daten von einem ersten zu einem zweiten Netz­ knoten verwendet wird:
Empfangen der Daten von dem ersten Netzknoten (14; 22);
Auswählen der zumindest einen ersten oder der zumindest einen zweiten Antenne abhängig von der Topologie des Netzwerks;
Verbinden der ausgewählten Antenne mit der Sende/Emp­ fangseinrichtung; und
Senden der Daten über die ausgewählte Antenne zu dem zweiten Netzknoten (12; 24).