EP2103162A2 - Verfahren und vorrichtung zur anbindung mobiler kommunikationsgeräte an drahtlose netzwerke in untertägigen bauwerken - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur anbindung mobiler kommunikationsgeräte an drahtlose netzwerke in untertägigen bauwerken

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Publication number
EP2103162A2
EP2103162A2 EP07845647A EP07845647A EP2103162A2 EP 2103162 A2 EP2103162 A2 EP 2103162A2 EP 07845647 A EP07845647 A EP 07845647A EP 07845647 A EP07845647 A EP 07845647A EP 2103162 A2 EP2103162 A2 EP 2103162A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
base station
base stations
stations
mobile
tunnel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07845647A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christoph Hunziker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Licania GmbH
Original Assignee
Licania GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Licania GmbH filed Critical Licania GmbH
Publication of EP2103162A2 publication Critical patent/EP2103162A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W16/00—Network planning, e.g. coverage or traffic planning tools; Network deployment, e.g. resource partitioning or cells structures
    • H04W16/18—Network planning tools
    • H04W16/20—Network planning tools for indoor coverage or short range network deployment
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W12/00—Security arrangements; Authentication; Protecting privacy or anonymity
    • H04W12/04—Key management, e.g. using generic bootstrapping architecture [GBA]
    • H—ELECTRICITY
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    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W12/00—Security arrangements; Authentication; Protecting privacy or anonymity
    • H04W12/06—Authentication
    • H04W12/062—Pre-authentication
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W52/00—Power management, e.g. TPC [Transmission Power Control], power saving or power classes
    • H04W52/04—TPC
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/02—Hierarchically pre-organised networks, e.g. paging networks, cellular networks, WLAN [Wireless Local Area Network] or WLL [Wireless Local Loop]
    • H04W84/10—Small scale networks; Flat hierarchical networks
    • H04W84/12—WLAN [Wireless Local Area Networks]

Definitions

  • a disadvantage of these standards lies in the fact that mobile devices moving from one base station to the next sometimes require a very long time to switch the network connection to the next base station. In this way, the technology can not be used by machines or people who need to move quickly and continuously in the mine building while maintaining wireless communication.
  • This switching delay is due to the fact that the mobile device holds an existing connection until it finally breaks off. Thereafter, a search begins, at the end of the reestablishment of the connection to another base station. This process can take up to several seconds, which is unacceptable for remote machine control or wireless telephone conversations.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of omnidirectional antennas.
  • three directional antennas are used, which are used at 120 degrees from each other.
  • the obstacle-free propagation in omnidirectional antennas is circular around the base station, here 101, 102 and 103, large overlap areas 110 result if it is to be ensured that reliable wireless coverage is to be achieved everywhere.
  • the reference numeral 105 the respective areas are marked, in which - without obstacles and without consideration of height profiles - can be assumed by a trouble-free reception.
  • the number of channels that can be used without interference in many cases (for example, WLAN according to IEEE 802.11b / g) is limited in many cases, so that overlaps can often not be prevented for this reason alone.
  • Different channels are also used in order to be able to design optimally and robustly under different conditions (atmospheric changes, structural changes, etc.) under different propagation conditions of the high frequency, and to be able to offer uniform service quality to all parallel users throughout the coverage area.
  • wireless LAN is currently mainly used for mobile devices that do not require real-time critical behavior, and in particular no real-time critical base station switching, this is a solid process.
  • the present invention seeks to provide a suitable method for real-time critical change and a corresponding device for connecting mobile communication devices to networks in underground structures.
  • a mine building or tunnel structure consists of a network of tunnels that run straight over routes, ie the communication devices, be it on a machine or a human carrier, are moved within a more or less straight tubular cavity. This offers the radio, radio or radio frequency from one point only a more or less straight propagation possibility in two directions.
  • a device for connecting mobile communication devices to wireless networks in underground structures comprises a plurality of base stations, which are arranged in tunnel systems at a spatial distance substantially in the direction of the tunnel axes from each other, so that there is a least possible overlap of the common reception areas for every two adjacent base stations , All basic on a single common channel.
  • the mobile station switches to an adjacent base station when a quality signal falls below a predetermined threshold.
  • the advantage lies in the simplification resulting from the presence of a directional "one-dimensional" tunnel system, which is aligned along the longitudinal axis, so that always a defined neighboring base station forms the next radio cell
  • base stations are arranged at intersections, so that these have a one-dimensional structure for a moving mobile station.
  • FIG. 1 shows a schematic cover of a communication space according to the prior art
  • Fig. 2 is a schematic cover of a communication space underground under an embodiment of the invention.
  • FIG. 3 shows a flowchart for a method according to an exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic covering of a communication space according to the prior art, in particular without representing obstacles and without that height profiles being considered or included. It serves to define reception areas 105 and overlapping areas 110.
  • Fig. 2 shows a schematic cover of a communication space underground according to the invention.
  • the reference numerals 11 and 12 designate two perpendicularly intersecting sections. net.
  • the term "route” is the usual technical term for a tunnel passage in underground mining.
  • the center then forming the center of a 4-way intersection is replaced by the reference numeral 13.
  • the reference numeral 15, the gears 11 and 12 surrounding rock is called.
  • communication devices reside on machines or humans in areas 11, 12 and 13, respectively.
  • reception areas 16 are actually limited to the inner route areas.
  • the propagation conditions of the high frequency underground are much more controlled than in the standard use of WLAN technology over days and especially within buildings, where a penetration of thin walls can not be ruled out and indeed takes place and is usually desirable.
  • two base stations 22 and 23 are shown in addition to the base station 21 for the route 11. It is clear that these are accordingly repeatable in further sections and corresponding base stations are also arranged in the route 12.
  • a T-junction in which an arm 12 is absent and a kink in a stretch 11 or 12 is advantageously populated with a central base station, such as an intersection shown here in Figure 2, or the adjacent base stations are arranged such that the kink falls into an overlapping area 25.
  • All base stations are deliberately set to a single, identical channel to use the method. All base stations receive a common network identification.
  • the transmission power and the placement of the base stations and design / selection of the antennas is so dimensioned that the mobile devices have only a relatively small coverage area 25 along the tunnel axis available, in which communication with both base stations can take place, so that a lowest possible Overlap area 25 is defined. Since the propagation of the high frequency can only take place along the tunnel axes, this overlap region 25 may be very small. This can be ensured quite easily in underground structures, since there are only minimal external factors influencing the propagation conditions. Furthermore, the overlapping area 25 can advantageously be defined by the fact that the receiving areas 16 of adjacent base stations which predetermine a threshold value for reception intersect at the tunnel walls, which is recorded by the reference numeral 17.
  • the signal threshold which represents the safe receiving area 16, if appropriate, generous, so to measure larger than necessary.
  • the predetermined setting of the threshold value which is familiar to the person skilled in the art, leads here to a so-called least possible overlap 25 of the common reception areas 16. It is thereby possible to automatically adapt the transmission power in such a way that a measuring device can be calibrated in the said one common reception area 16 is brought and the sen- performance of the participating two base stations to a possible low transmission power to ensure reception. If it is assumed that a central base station 21, the other stations can be readjusted 22 or 23, etc. in the individual arms.
  • the curves of the predetermined signal threshold values then intersect for reception of such two adjacent base stations in the region of the tunnel walls.
  • Another possibility for the automatic adaptation of the transmission power consists in the following procedure: If two neighboring base stations can still "see” themselves - ie they can still receive their beacons due to highly efficient antennas, they can also dynamically adapt their transmission power themselves. Visibility "has no influence on the communication with mobile devices, which can not achieve such good RF performance due to much poorer antennas and propagation conditions (polarization etc).
  • a program control which is explained in connection with FIG. 3, ensures that the connection (switching) to the next base station, for example 21 to 23 or 22, takes place at the right time, if the connection quality the current base station falls below a pre-set level if the connection quality of a station other than the current base station is better than that of the current base station, or if other link quality parameters make switching seem reasonable. It may also be parameters that result from the operation of the mobile device, so for example from its position in the tunnel. The individual method steps of switching in one embodiment will be described below. The setting of a single channel on a common network identification on all base stations 21, 22 and 23 results in the mobile device not having to actively seek other frequencies for a new base station.
  • the transmission power of the base stations and the selection of the antennas are chosen so that the smallest possible parts of the transmission power are wasted on reflections.
  • the 0 overlap region 25 of two antennas, for example at 21 and 22, should be selected so that a secure and seamless switching can be ensured at the largest assumed movement speed of the mobile device.
  • a program control ensures that the fastest possible switching to the next base station takes place as soon as the connection quality reaches a pre-set the dynamically determined threshold falls below.
  • the measurement of the connection quality takes place permanently in the current data exchange and via the regularly sent by each base station calibration measurement signals (also called "beacons"), through which a mobile station (client) can determine the connection quality even without data exchange.
  • connection quality can take place in different ways:
  • connection quality of both routes both the HF route from the client to the base station and the connection quality from the base station to the client in the decision making
  • the client to send a check telegram to the base station
  • Base Station returns this telegram to the client, adding the link quality values it measures to the data, which allows the client to make its decision-making involve as he himself is received by the base station. This is particularly important when working with asymmetrical RF ratios, eg due to different antenna gains or output powers.
  • the mobile device can switch over to a new base station without an interim search for all available base stations (a so-called "scan") .
  • a so-called "scan” is the switching on the basis of the evaluation of position data in the mine, for example by reference on predetermined points and (on vehicles) measurement of the distance traveled (path and steering) This corresponds to a check of the position on a (virtual) map.
  • This can also include position-determining goals, such as RFID gates or induction loops, etc.
  • All base stations advantageously operate on a single channel. This eliminates the need to switch channels in the (single) receiver on the mobile device if only one is present.
  • Each base station sends at predetermined intervals such as 100 milliseconds or even 5 seconds on the set frequency a sign of life, called beacone in hindsight.
  • These signals, beacons contain information of the base station in a data frame, such as the MAC address and / or a network identifier.
  • Each base station attempts to receive the beacons from the neighboring base stations. This will be the transmission power known. These marker pulses are often still over a very wide space receivable, which would not be sufficient for a regular connection of a mobile station.
  • the evaluation unit in each base station can permanently receive within the given intervals the beacons of all base stations in range.
  • each base station can determine the reception field strength of the neighboring base stations. This is transmitted back to the transmitting base station via the stationary network. Thus, it receives information from all neighboring base stations as to whether and how they are received by them. If the field strength for all necessary neighbors is above a predetermined threshold value (which is individually dependent on the distance and antenna power of the individual base stations), the base station automatically reduces its transmission power. If this is below preset thresholds (which also depend on the distance and antenna power of the individual base stations) or if the beacons are not receivable by the neighbor, the base station increases its transmission power.
  • a predetermined threshold value which is individually dependent on the distance and antenna power of the individual base stations
  • the information generated from this function can also be used to determine the quality of the system: For example, it is possible to warn of defective antennas if a base station can no longer recognize its neighbor over a longer period of time or increases in transmission power no longer result in "visibility""lead the station through its neighbors .
  • the said evaluation unit in the sense of the invention can Be implemented via the network card or even outside the driver in an application program.
  • each mobile station can also determine the reception field strength of the neighboring base stations.
  • the evaluation of the mobile station recognizes the field strengths of the beacons or other quality information associated with such as the signal to noise ratio, whether switching to another base station (access point) is necessary. This decision can be made about the highest or best value of field strength or signal-to-noise ratio, or the routine of comparing the individual values for a possible switch of the mobile device is not triggered until a corresponding threshold has been passed.
  • this switching process can take place as follows in order to avoid data loss during roaming. It must be ensured that no data frames with unclear Source-destination-route exist and get lost. This is done by dezidATORs Unsubscribe traffic with the old Ba ⁇ sisstation and logging in to the new base station.
  • the handset deauthentifies itself at the old base station. This triggers the connection. After dissolving the association is dissolved.
  • the handset authenticates with the new base station.
  • keys can be exchanged according to a known pattern, which serve for data security. Alternatively, these keys can also been exchanged in advance and be ge ⁇ stores in the mobile device to speed up the authentication process. Thereafter, the mobile device is authorized to establish a data connection with the base station. In the next step, the handset associates itself with the new base station. The data exchange then flows through the new base station.
  • connection quality can serve as a decision criterion and the sequence of base stations:
  • a "plan" is loaded on the mobile device, which contains the succession of base stations with their unique identifications (MAC addresses).
  • MAC addresses unique identifications
  • the reception field strengths belonging to the individual base stations can also be stored, from which the position of the mobile device in the tunnel 11 or 12 can then be derived. This makes it clear to the mobile device where it is located. It can then safely determine the next base station and connect to it by simply switching without search.
  • Another way of measuring the connection quality without own search is to use a second receiving unit, which is used exclusively for checking the connection quality to various base stations.
  • the values of the receiver are evaluated by a program control which then proposes to the program control of the mobile device a connection to be newly selected.
  • this receiving unit also contains a transmitter (it then constitutes a "transceiver" and thus a full-fledged network interface), then both network interfaces can also be used alternately by the mobile device by changing the network interface used at the application level.
  • a full scan as defined in the WLAN procedure is used to search for a base station, in which case the channel binding may also be canceled.
  • a full scan can also be done when the system is turned on. This process automatically sets the system to the selected channel. Alternatively, this one too be firmly configured in the mobile devices.
  • FIG. 3 shows a flow chart for a method according to an exemplary embodiment of the invention.
  • a first program module 41 performs a measurement of the connection quality intermittently or continuously. This is done either by measuring the quality of the connection in the data stream or by measuring the field strength of Beacons received regularly by all base stations. With these beacons, each base station permanently (intermittently) tells the mobile stations how to reach them. The result of the measurement is compared with stored data in a step of comparing 42. As long as the connection quality remains good (stable network connection), the measurement 41 of the connection quality results in no action (arrow 43); except that the measurement is resumed according to the specifications.
  • the mobile device will promptly poll the available base stations (module 45) at the set frequency. This request may be made internally in the memory of the mobile device or externally at the existing base station, or alternatively in a predetermined order on both devices.
  • a measurement of the possible connection quality in the module 45 is then performed and delivered to another comparator module 46. If a base station with a better quality index (which can be, for example, field strength or signal-to-noise ratio) exists, the mobile station switches the active data connection to the new base station (arrow 47).
  • the module 48 is then in principle the measurement module 41 already mentioned at the outset. If the connection to the new possible base station is not better, ie in particular even worse than the current one If there is no connection, then a return 49 of the control to the measuring module 45 takes place and this starts a new measurement and request at a short distance.
  • a further advantageous embodiment lies in a procedure that is feasible in the presence of delimited areas, as they are given in underground mining.
  • the invention takes advantage of the fact that mobile devices, whether portable or attached to machines, are used cyclically in certain demarcated areas of the mine. This also limits the number of base stations needed during a deployment or drive cycle.
  • the mobile device While the mobile device is being used, it either authenticates once (for example, the first time a machine has been driven) or as a precautionary measure at every base station during each trip. on, which comes within its reach, that is, be recognized by the beacons. In this case, this authentication takes place before the actual roaming sequence and, as it were, "on suspicion", that is to say with regard to a possibly later association to take place.
  • the sequence shown above is changed as follows: Instead of a de-authentication, only one disassociation is carried out when leaving the base station during roaming. In other words, the authentication is preserved. Instead of authenticating with the new base station, an association telegram is now sent to the new base station because the authentication (except for the first transit) already exists. This approach speeds up roaming and can work very reliably even with fast-moving machines and abrupt changes in WLAN coverage.
  • these methods can also be used with multiple channels, in particular if a scan can be carried out completely parallel to the data exchange, if, for example, a second receiver is present.
  • An additional use of the system is the exploitation of network information (which client devices are in the vicinity of a base station or other client), e.g. detect possible collisions with persons or other machines and make appropriate warnings and / or shutdowns.
  • Other features in the mobile device can be used to capture the quality of the wireless infrastructure and more or less as If this is done permanently or at regular intervals, for example, failed base stations or faulty or not (optimally) aligned antennas can be detected can affect negatively.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Eine Vorrichtung zur Anbindung mobiler Kommunikationsgeräte an drahtlose Netzwerke in untertägigen Bauwerken umfasst eine Vielzahl von Basisstationen, die in Tunnelsystemen (11, 12) in einem räumlichen Abstand im wesentlichen in Richtung der Tunnelachsen voneinander angeordnet sind, so dass sich für jeweils zwei benachbarte Basisstationen (21, 22, 23) eine geringstmögliche Überlappung (25) der gemeinsamen Empfangsbereiche (16) ergibt. Dabei arbeiten alle Basisstationen (21, 22, 23) auf einem einzigen gemeinsamen Kanal. Bei einem dabei eingesetzten Verfahren schaltet die Mobilstation auf eine benachbarte Basisstation um, wenn ein Qualitätssignal unter einen vorbestimmten Schwellwert fällt.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Anbindung mobiler Kommunikations- gerate an drahtlose Netzwerke in untertägigen Bauwerken
Beschreibung des Standes der Technik
Für die drahtlose Kommunikation in Bauwerken unter Tage, also beispielsweise in TunnelSystemen, Bergwerken, etc. sind verschiedene Systeme im Einsatz. In jüngster Zeit wird immer mehr die in Büro- und Heimanwendungen gebräuchliche drahtlose Netzwerktechnologie auch in derartigen Anwendungen eingesetzt. Dies sind insbesondere Netzwerke nach der Standardreihe der IEEE 802.11 - Normenreihe.
Ein Nachteil dieser Standards liegt in der Tatsache, dass mobile Geräte, welche sich von einer Basisstation zur nächsten bewegen teilweise sehr lange Zeit benötigen, um die Netzwerkverbindung auf die nächste Basisstation umzuschalten. Die Technologie ist damit in dieser Form nicht für Maschinen oder Personen einsetz- bar, welche sich schnell und dauernd im Grubengebäude bewegen und dabei eine Drahtloskommunikation aufrechterhalten müssen.
Diese Umschaltverzögerung ist dadurch bedingt, dass das Mobilgerät eine bestehende Verbindung solange hält, bis diese endgültig abbricht. Danach setzt ein Suchvorgang ein, an dessen Ende der Neuaufbau der Verbindung zu einer anderer Basisstation steht. Dieser Vorgang kann bis zu mehreren Sekunden in Anspruch nehmen, was für die Fernsteuerung von Maschinen oder für drahtlos geführte Telefongespräche unakzeptabel ist.
Soll in einem Einsatz von Wireless LAN über Tage - also in normaler Büroumgebung, in der Industrie oder im Aussenbereich ein grosserer Bereich mit drahtloser Abdeckung versehen werden, so werden viele Basisstationen eingesetzt: Die Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung bei Rundstrahlantennen. Prinzipiell ergeben sich sehr ähnliche Eigenschaften, wenn beispielsweise drei gerichtete Antennen verwendet werden, die im 120 Grad Abstand zueinander eingesetzt werden. Da die hindernisfreie Ausbreitung bei Rundstrahlantennen kreisförmig um die Basisstation, hier 101, 102 und 103, herum erfolgt, ergeben sich grosse Überlappungsbereiche 110 wenn sichergestellt werden soll, dass überall eine zuverlässige Drahtlos-Abdeckung erreicht werden soll. Mit dem Bezugszeichen 105 sind die jeweiligen Bereiche gekennzeichnet, in denen - ohne Hindernisse und ohne Berücksichtigung von Höhenprofilen - von einem störungslosen Empfang ausgegangen werden kann. Um zu verhindern, dass sich bei derartig grossen Überlappungsbereichen 110 die Basisstationen 101, 102 und 103, gegenseitig stören, können diese auf unterschiedliche Kanäle (Frequenzen) eingestellt werden. Liegen keine idealen Ausbreitungs- bedingungen vor - wie z.B. innerhalb von Gebäuden - so müssen die Überlappungsbereich oft noch grösser eingestellt werden als unter idealen Ausbreitungsbedingungen, was zu Funktionseinschränkungen und Bandbreitenverlust führen kann.
Darüber hinaus ist die Anzahl der untereinander störungsfrei verwendbaren Kanäle in vielen Fällen (z.B. WLAN nach IEEE 802.11b/g) begrenzt, so dass sich häufig allein deshalb Überlappungen gar nicht verhindern lassen.
Verschiedene Kanäle werden auch eingesetzt, um bei verschiedenen Ausbreitungsbedingungen der Hochfrequenz unter unterschiedlichen Verhältnissen (atmosphärische Änderungen, bauliche Änderungen etc.) diese möglichst optimal und robust gestalten zu können und dabei allen parallel arbeitenden Nutzern im gesamten Abdeckungs- bereich gleichmässige Servicequalität bieten zu können. Da Wireless LAN derzeit hauptsächlich für mobile Geräte verwendet wird, welche kein echtzeitkritisches Verhalten und insbesondere kein echtzeitkritisches Wechseln der Basisstation benötigen, ist dies ein solides Verfahren.
Zusammenfassung der Erfindung
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein für echtzeitkritische Wechsel geeignetes Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Anbindung mobiler Kommunikationsgeräte an Netzwerke in untertägigen Bauwerken anzugeben .
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst .
Die Erfindung beruht auf der Einsicht, dass sich ein Einsatz unter Tage von der regulären Anwendung über Tage auf vielfältige Art und Weise unterscheidet: Ein Grubengebäude oder Tunnelbauwerk besteht aus einem Netzwerk von Tunneln, die über Strecken gerade verlaufen, wobei also die Kommunikationsgeräte, sei es auf einer Maschine oder einem menschlichen Träger, innerhalb eines mehr oder weniger geraden verlaufenden röhrenförmigen Hohlraums bewegt werden. Dieser bietet der Radio-, Funk- oder Hochfrequenz von einem Punkt aus nur eine mehr oder weniger gerade Ausbreitungsmδglichkeit in zwei Richtungen.
Eine Vorrichtung zur Anbindung mobiler Kommunikationsgeräte an drahtlose Netzwerke in untertägigen Bauwerken umfasst eine Vielzahl von Basisstationen, die in TunnelSystemen in einem räumlichen Abstand im wesentlichen in Richtung der Tunnelachsen voneinander angeordnet sind, so dass sich für jeweils zwei benachbarte Basisstationen eine geringstmögliche Überlappung der gemeinsamen Empfangsbereiche ergibt. Dabei arbeiten alle Basissta- tionen auf einem einzigen gemeinsamen Kanal . Bei einem dabei eingesetzten Verfahren schaltet die Mobilstation auf eine benachbarte Basisstation um, wenn ein Qualitätssignal unter einen vorbestimmten Schwellwert fällt. Der Vorteil liegt in der sich aus dem Vorhandensein eines gerichteten „ein-dimensionalen" Tunnelsystems ergebenden Vereinfachung, welches eben entlang der Längsachse ausgerichtet ist, so dass immer eine definierte benachbarte Basisstation die nächste Funkzelle bildet. Vorteilhafterweise sind Basisstationen an Kreuzungen angeordnet, so dass diese für eine sich bewegende Mobilstation auch nur eine eindimensionale Struktur haben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Abdeckung eines Kommunikationsraumes nach dem Stand der Technik,
Fig. 2 eine schematische Abdeckung eines Kommunikationsräumes unter Tage nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
Fig. 3 ein Flussdiagramm für ein Verfahren gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die Fig. 1 zeigt, wie bereits oben erläutert, eine schematische Abdeckung eines Kommunikationsraumes nach dem Stand der Technik, insbesondere ohne Darstellung von Hindernissen und ohne, dass Höhenprofile betrachtet oder einbezogen werden. Sie dient zur Definition von Empfangsbereichen 105 und Überlappungsbereichen 110.
Die Fig. 2 zeigt eine schematische Abdeckung eines Kommunikationsraumes unter Tage nach der Erfindung. Mit den Bezugszeichen 11 und 12 sind zwei sich senkrecht kreuzende Strecken bezeich- net. Dabei handelt es sich bei dem Begriff Strecke um den im Untertagebau üblichen Fachbegriff für einen Tunnelgang. Die sich dann zentral bildende Mitte einer 4-Wege-Kreuzung erhält das Bezugszeichen 13. Mit dem Bezugszeichen 15 ist das die Gänge 11 und 12 umgebende Gestein bezeichnet. Mit anderen Worten halten sich Kommunikationsgeräte auf Maschinen oder Menschen jeweils in Bereichen 11, 12 und 13 auf.
Bei einer Anbringung einer Rundstrahlantenne 21 in der Mitte der 4-Wege-Kreuzung 13, so bieten sich für die Hochfrequenz lineare Ausbreitungsmöglichkeiten nur entlang der vier von der Kreuzung abgehenden Tunnelachsen, also in die Arme 11 und 12. Eine Ausbreitung durch das Gestein hindurch in den Bereichen 15 kann ausgeschlossen werden. Insofern sind die Empfangsbereiche 16 tatsächlich auf die inneren Streckenbereiche beschränkt.
Damit sind die Ausbreitungsbedingungen der Hochfrequenz unter Tage sehr viel kontrollierter als im Standardeinsatz der WLAN- Technologie über Tage und insbesondere innerhalb von Gebäuden, wo auch ein Durchdringen von dünnen Wänden nicht auszuschliessen ist und in der Tat stattfindet und zumeist auch wünschenswert ist.
In der Fig. 2 sind neben der Basisstation 21 für die Strecke 11 noch zwei Basisstationen 22 und 23 dargestellt. Es ist klar, dass diese entsprechend in weiteren Abschnitten wiederholbar sind und entsprechende Basisstationen auch in der Strecke 12 angeordnet sind. Eine T-Kreuzung, bei der ein Arm 12 fehlt, und ein Knick in einer Strecke 11 oder 12 wird vorteilhafterweise wie eine hier in der Fig. 2 dargestellte Kreuzung mit einer zentralen Basisstation bestückt, oder die benachbarten Basisstationen sind so angeordnet, dass der Knick in einen Überlappungs- bereich 25 fällt. Diese kontrollierten Ausbreitungsbedingungen nutzt das erfin- dungsgemässe Verfahren für das nahtlose Umschalten zwischen den Basisstationen :
1. Alle Basisstationen werden zur Nutzung des Verfahrens be- wusst auf einen einzigen, identischen Kanal eingestellt. Alle Basisstationen erhalten eine gemeinsame Netzwerkidentifikation.
2. Die Sendeleistung und die Platzierung der Basisstationen und Auslegung / Auswahl der Antennen wird so bemessen, dass die Mobilgeräte nur einen relativ kleinen Abdeckungsbereich 25 entlang der Tunnelachse zur Verfügung haben, in dem eine Kommunikation mit beiden Basisstationen stattfinden kann, so dass damit ein geringstmöglicher ύberlappungsbereich 25 definiert wird. Da die Ausbreitung der Hochfrequenz nur entlang der Tunnelachsen erfolgen kann, darf dieser Überlappungsbereich 25 sehr klein ausfallen. Dies kann in Untertagebauwerken recht einfach sichergestellt werden, da es nur minimale externe Einflussfaktoren auf die Ausbreitungsbedingungen gibt. Ferner kann vorteilhafterweise der Überlappungsbereich 25 dadurch definiert werden, dass sich die, einen Schwellwert für den Empfang vorgebenden Empfangsbereiche 16 benachbarter Basisstationen an den Tunnelwänden schneiden, was durch das Bezugszeichen 17 festgehalten wird. Es ist aber vorteilhaft, den Signalschwellwert, der den sicheren Empfangsbereich 16 darstellt, gegebenenfalls grosszügig, also grösser als notwendig zu bemessen. Die vorbestimmte Einstellung des Schwellwertes, die dem Fachmann dafür geläufig ist, führt nach hiesiger Definition zu einer sogenannten geringstmöglichen Überlappung 25 der gemeinsamen Empfangsbereiche 16. Es ist dabei eine automatische Anpassung der Sendeleistung in dem Sinne möglich, dass zur Kalibrierung derselben ein Messgerät in den besagten gemeinsamen Empfangsbereich 16 gebracht wird und die Sen- deleistung der beteiligten zwei Basisstationen auf eine mögliche niedrige Sendeleistung zur Gewährleistung des Empfangs eingeregelt werden. Wenn dabei von einer zentralen Basisstation 21 ausgegangen wird, können die weiteren Stationen 22 beziehungsweise 23 etc. in den einzelnen Armen nachgeregelt werden. Vorteilhafterweise schneiden sich dann die Kurven der vorgegebenen Signal- schwellwerte für einen Empfang von solchen zwei benachbarten Basisstationen im Bereich der Tunnelwände.
Eine weitere Möglichkeit der automatischen Anpassung der Sendeleistung besteht in folgendem Verfahren: Können sich zwei benachbarte Basisstationen selbst noch „sehen" - d.h. sie können gegenseitig aufgrund von hocheffizienten Antennen ihre Beacons noch empfangen, so können diese ihre Sendeleistung auch selbst dynamisch anpassen. Die gegenseitige „Sichtbarkeit" hat dabei keinen Einfluss auf die Kommunikation mit mobilen Geräten, die aufgrund wesentlich schlechterer Antennen und Ausbreitungsbedingungen (Polarisierung etc) keine so gute HF-Leistung erzielen können .
3. Auf dem Mobilgerät stellt eine Programmsteuerung, die im Zusammenhang mit der Fig. 3 erläutert wird, sicher, dass die An- kopplung (Umschaltung) zur jeweils nächsten Basisstation, beispielsweise 21 auf 23 oder 22, zum richtigen Zeitpunkt erfolgt, wenn die Verbindungsqualität der momentanen Basisstation unter ein voreingestelltes Niveau fällt, wenn die Verbindungsqualität einer anderen als die momentane Basisstation besser ist als die der momentanen Basisstation, oder wenn andere Parameter der Verbindungsqualität ein Umschalten sinnvoll erscheinen lassen. Es kann sich auch um Parameter handeln, die sich aus dem Betrieb des Mobilgerätes ergeben, also zum Beispiel aus dessen Position im Tunnel . Nachfolgend werden die einzelnen Verfahrensschritte der Umschal- tung bei einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Die Einstellung eines einzigen Kanals auf einer gemeinsamen Netzwerkidentifikation auf allen Basisstationen 21, 22 und 23 hat zur Folge, dass das Mobilgerät nicht aktiv auf anderen Frequenzen nach einer neuen Basisstation suchen muss. Damit kann der sehr zeitaufwendige Vorgang des "Scannens" eingespart werden. Der aktive Scan - Vorgang wird auf dem Mobilgerät im Normalbetrieb deaktiviert. Stattdessen sucht das Mobilgerät zunächst nur nach alternativen Basisstationen auf dem bereits aktiven Kanal . Nur wenn keine Basisstationen auf diesem Kanal gefunden werden können, so ist es möglich, dass eine Konfigurationseinstellung einen anschliessen- den Voll-Scan zulässt, welcher dann auch mit einem Kanalwechsel verbunden sein kann.
Als weiterer positiver Effekt entsteht die Nutzungsmöglichkeit anderer Kanäle für alternative Aufgaben: So können komplett getrennte Netze für verschiedene Zwecke eingerichtet werden, welche auf der Hochfrequenzseite keine Interferenzen untereinander verursachen können.
Die Sendeleistung der Basisstationen sowie die Auswahl der Antennen (insbesondere die Antennenabstrahlcharakteristik und der Antennengewinn) werden so gewählt, dass möglichst geringe Teile der Sendeleistung über Reflektionen verschwendet werden. Der 0- berlappungsbereich 25 zweier Antennen, beispielsweise bei 21 und 22, sollte so gewählt werden, dass bei der grδssten angenommenen Bewegungsgeschwindigkeit des Mobilgerätes ein sicheres und nahtloses Umschalten gewährleistet werden kann.
Auf dem Mobilgerät stellt eine Programmsteuerung sicher, dass eine schnellstmögliche Umschaltung zur nächsten Basisstation erfolgt, sobald die Verbindungsqualität einen voreingestellten o- der dynamisch ermittelten Schwellwert unterschreitet. Die Messung der Verbindungsqualität erfolgt permanent im laufenden Datenaustausch und über die regelmässig von jeder Basisstation ausgesandten Kalibrierungsmesssignale (auch „Beacons" genannt) , über die eine Mobilstation (Client) auch ohne Datenaustausch die Verbindungsqualität ermitteln kann.
Dabei kann die Messung der Verbindungsqualität auf verschiedene Arten erfolgen:
1. Auf dem Mobilgerät: Messung der Empfangsfeldstärke der momentan angebundenen Basisstation
2. Auf dem Mobilgerät: Messung des Signalrauschabstandes der momentan angebundenen Basisstation
3. Auf der Basisstation: Messung von Empfangsqualität und Signalrauschabstand der Verbindung zum Mobilgerät und Übermittlung dieser Werte an das Mobilgerät, welches dann gegebenenfalls unter Einbeziehung der selbst ermittelten Qualitätsparameter aus 1) und 2) entscheidet, wann eine Umschaltung auf eine andere Basisstation erfolgen soll. Es kann auch eine Messung der Position des Mobilgerätes insbesondere durch Triangulär- oder Trilateral- navigation oder auf der Grundlage von Feldstärke und Signal/Rauschabstand zusammen mit anderen Basisstationen vorgesehen werden. Dabei können ggf. Referenzwerte in einem einmaligen Messvorgang „eingelernt" werden („Teach-in") .
Um eine Messung der Verbindungsqualität beider Strecken (sowohl der HF-Strecke vom Client zu der Basisstation als auch die Verbindungsqualität von der Basisstation zum Client in die Ent- scheidungsfindung einbeziehen zu können, ist es möglich, dass der Client ein Prüftelegramm zur Basisstation schickt. Die Basisstation retourniert dieses Telegramm an den Client, wobei sie die von ihr gemessenen Verbindungsqualitätswerte zu den Daten hinzufügt. Damit kann der Client in seine Entscheidungsfindung einbeziehen, wie er selbst von der Basisstation empfangen wird. Dies ist insbesondere wichtig, wenn mit asymetrischen HF- Verhältnissen z.B. aufgrund unterschiedlicher Antennengewinne oder Ausgangsleistungen gearbeitet werden muss.
Ferner ist es möglich, dass das Mobilgerät die Umschaltung auf eine neue Basisstation ohne eine zwischenzeitliche Suche nach allen verfügbaren Basistationen (einen sogenannten „Scan") durchführt. Eine andere Möglichkeit ist das Umschalten auf Grund der Auswertung von Positionsdaten im Bergwerk, zum Beispiel durch Referenz auf vorbestimmte Punkte und (bei Fahrzeugen) Messung der zurückgelegten Strecke (Weg und Lenkung) . Dies entspricht einer Prüfung der Position auf einer (virtuellen) Karte. Hierzu können auch die Position bestimmende Tore, wie RFID-Tore oder Induktionsschleifen etc. vorgesehen sein.
Eine weitere Möglichkeit der Einstellung der Sendeleistung der Basisstationen kann mit der folgenden Vorgehensweise verfolgt werden: Alle Basisstationen arbeiten vorteilhafterweise auf einem einzigen Kanal . Damit kann das Umschalten von Kanälen im (einzigen) Receiver auf dem Mobilgerät entfallen, falls nur einer vorhanden ist .
Jede Basisstation sendet in vorbestimmbaren Intervallen wie 100 Millisekunden oder auch 5 Sekunden auf der eingestellten Frequenz ein Lebenszeichensignal, im Nachhinein Beacon genannt. Diese Signale, Beacons, enthalten in einem Datenrahmen Informationen der Basisstation, wie die MAC-Adresse und/oder eine Netz- werkkennung .
Jede Basisstation versucht, die Markierungspulse (Beacons) der jeweils benachbarten Basisstationen zu empfangen. Damit wird deren Sendeleistung bekannt . Diese Markierungspulse sind oft noch über einen sehr weiten Raum empfangbar, wobei dies für eine reguläre Verbindung einer Mobilstation nicht ausreichend wäre.
Da vorteilhafterweise alle Basisstationen (oder Accesspoints) auf eine einzige Frequenz eingestellt sind, kann die Auswerteeinheit in jeder Basisstation permanent in den vorgegebenen Intervallen die Beacons aller Basisstationen in Reichweite empfangen.
Anhand der empfangenen Impulse kann jede Basisstation die Empfangsfeldstärke der benachbarten Basisstationen ermitteln. Diese wird über das stationäre Netz an die sendende Basisstation zurückübertragen. Damit erhält diese von allen benachbarten Basis- Stationen eine Information darüber, ob und wie sie von diesen empfangen wird. Ist die Feldstärke bei allen notwendigen Nachbarn oberhalb von einem vorbestimmten Schwellwert (der individuell von der Entfernung und Antennenleistung der einzelnen Basis- Stationen abhängig ist) , so verringert die Basisstation automatisch ihre Sendeleistung. Liegt diese unterhalb von voreingestellten Schwellwerten (die ebenfalls von der Entfernung und Antennenleistung der individuellen Basisstationen abhängig sind) oder sind die Beacons vom Nachbarn nicht empfangbar, so erhöht die Basisstation ihre Sendeleistung.
Die aus dieser Funktion generierten Informationen können auch dazu genutzt werden, Hinweise auf die Systemqualität zu ermitteln: So kann beispielsweise vor defekten Antennen gewarnt werden, wenn eine Basisstation über längere Zeit ihren Nachbarn nicht mehr erkennen kann oder Erhöhungen von Sendeleistungen nicht mehr zu einer „Sichtbarkeit" der Station durch ihre Nach¬ barn führen.
Die besagte Auswerteeinheit im Sinne der Erfindung kann im Trei- ber der Netzwerkkarte implementiert sein oder aber auch ausser- halb des Treibers in einem Anwendungsprogramm.
Statistiken über diese Netzfunktionen werden an zentrale Server weitergegeben, von denen aus dieses Abgleichverfahren fernkonfiguriert und gesteuert werden kann. Es kann aber auch, zum Bei¬ spiel zeitgetriggert, dezentral von den einzelnen Basisstationen angestossen werden. Mit anderen Worten wird die Sendeleistung einer jeden Basisstation so eingestellt, dass sich die sich ergebenden Abdeckungsbereiche zwischen Mobilstationen und Basisstationen möglichst minimal überlappen. Dafür wird eine Messung der Empfangsfeldstärke der von jeder besagten Basisstation ausgesandten Markierungsimpulse durch jeweils alle benachbarten Basisstationen durchgeführt und die Ergebnisse für eine anschlies- sende Steuerung eingesetzt, bei der die Sendeleistung der besagten Basisstation zur Erreichung einer Empfangsfeldstärke in einem Messintervall eingestellt wird.
Anhand der empfangenen Impulse kann auch jede Mobilstation die Empfangsfeldstärke der benachbarten Basisstationen feststellen. Die Auswerteeinheit der Mobilstation erkennt an den Feldstärken der Beacons oder an anderen damit verbundenen Qualitätsinformationen wie beispielsweise dem Rauschabstand, ob ein Umschalten zu einer anderen Basisstation (Accesspoint) notwendig wird. Diese Entscheidung kann über den grössten oder besten Wert an Feldstärke oder Rauschabstand festgemacht werden oder die Routine des Vergleiches der einzelnen Werte für ein eventuelles Umschalten des Mobilgerätes wird erst dann getriggert, wenn ein entsprechender Schwellwert unterschritten worden ist .
Dieser Umschaltvorgang kann sich insbesondere wie folgt vollziehen, um Datenverlust während des Roaming zu vermeiden. Es muss dafür sichergestellt werden, dass keine Datenrahmen mit unklarer Quell-Ziel-Route bestehen und verlorengehen. Dies geschieht durch dezidiertes Abmelden des Datenverkehrs bei der alten Ba¬ sisstation und der Anmeldung bei der neuen Basisstation.
Dabei deauthentifiziert sich das Mobilteil bei der alten Basisstation. Diese löst die Verbindung. Nach dem Lösen ist auch die Assoziierung aufgelöst .
Das Mobilteil authentifiziert sich bei der neuen Basisstation. Dabei können nach bekanntem Muster Schlüssel ausgetauscht werden, die der Datensicherheit dienen. Alternativ können diese Schlüssel auch vorab bereits ausgetauscht und im Mobilgerät ge¬ speichert sein, um den Authentifizierungsvorgang zu beschleunigen. Danach ist das Mobilgerät berechtigt, eine Datenverbindung mit der Basisstation aufzubauen. Im nächsten Schritt assoziiert sich das Mobilteil bei der neuen Basisstation. Der Datenaustausch fliesst ab dann über die neue Basisstation.
Wenn sich nun beide Basisstationen (und das Mobilteil) auf dem selben Kanal befinden, so benötigt dieser Vorgang eine Zeit von beispielsweise 2,5 Millisekunden. Dies bedeutet: ein sicheres Umschwenken auf eine neue Basisstation ist bei Nutzung eines einzigen Kanals und der oben beschriebenen standardkonformen Vorgehensweise sehr rasch möglich.
Bei diesem erfindungsgemässen Verfahren wird auf bestimmte, im Standard definierte Ablaufschritte bewusst verzichtet, um den Gesamtablauf zu beschleunigen. Diese ausgelassenen Ablaufschritte (z.B. Kanalscan) ergeben sich aus der Einschränkung der Kanalwahl, sowie aus Optimierungen des Umschalt- und Authentifi- zierungsprozesses .
Anstelle der Verbindungsqualität oder als Ergänzung zu diesem Parameter kann als Entscheidungskriterium auch die Abfolge der Basisstationen dienen: Dabei wird auf das Mobilgerät ein "Plan" geladen, der die Aufeinanderfolge der Basisstationen mit deren eindeutigen Identifikationen (MAC-Adressen) enthält. Daneben können gegebenenfalls noch die zu den einzelnen Basisstationen gehörenden Empfangsfeldstärken abgespeichert sein, aus denen sich dann auch die Position des Mobilgerätes im Tunnel 11 oder 12 herleiten lässt. Damit ist dem Mobilgerät klar, an welcher Stelle es sich befindet. Es kann dann durch einfaches Umschalten ohne Suche sicher die nächste Basisstation bestimmen und sich mit dieser verbinden.
Eine weitere Möglichkeit der Messung der Verbindungsqualität ohne eigene Suche besteht in der Nutzung einer zweiten Empfangseinheit, welche ausschliesslich für das Prüfen der Verbindungs- qualität zu verschiedenen Basisstationen genutzt wird. Die Werte des Empfängers werden von einer Programmsteuerung ausgewertet, welche dann der Programmsteuerung des Mobilgerätes eine neu anzuwählende Verbindung vorschlägt.
Enthält diese Empfangseinheit auch einen Sender (sie stellt dann einen "Transceiver" und damit ein vollwertiges Netzwerkinterface dar) , so können beide Netzwerkinterfaces auch vom Mobilgerät abwechselnd benutzt werden, indem auf der Anwendungsebene das benutzte Netzwerkinterface gewechselt wird.
Fällt die optimierte Entscheidungsfindung aus welchen Gründen auch immer aus, so erfolgt ein wie im WLAN üblichen Verfahren definierter Voll-Scan zur Suche nach einer Basisstation, wobei in diesem Fall auch gegebenenfalls die Kanalbindung aufgehoben werden kann. Ein vollständiger Scan kann auch beim Einschalten des Systems erfolgen. Dieser Vorgang stellt das System automatisch auf den gewählten Kanal ein. Alternativ kann dieser auch fest in den Mobilgeräten konfiguriert sein.
Die Fig. 3 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Ein erstes Prograinmmodul 41 führt intermittierend oder kontinuierlich eine Messung der Verbindungsqualität aus . Dies erfolgt entweder durch Messung der Verbindungsqualität im Datenstrom oder durch Messung der Feldstärke der von allen Basisstationen regelmässig empfangenen Bea- cons . Mit diesen Beacons teilt jede Basisstation den Mobilstationen (intermittierend) permanent mit, wie sie selbst zu erreichen ist . Das Ergebnis der Messung wird in einem Schritt des Vergleichens 42 mit gespeicherten Daten verglichen. Solange die Verbindungsqualität gut bleibt (stabile Netzwerkverbindung) , führt die Messung 41 der Verbindungsqualität zu keiner Aktion (Pfeil 43) ; ausser dass die Messung entsprechend den Vorgaben wieder aufgenommen wird.
Stellt das Vergleichsmodul 42 dagegen fest, dass die Verbindungsqualität unter ein vorbestimmtes Niveau fällt (Pfeil 44) , so fragt das Mobilgerät auf der eingestellten Frequenz kurz nach den verfügbaren Basisstationen (Modul 45) . Diese Nachfrage kann intern in dem Speicher des Mobilgeräts oder extern an der bestehenden Basisstation oder alternativ in vorbestimmter Reihenfolge an beiden Geräten erfolgen. Es wird dann eine Messung der möglichen Verbindungsqualität in dem Modul 45 durchgeführt und an ein weiteres Vergleichermodul 46 geliefert. Ist eine Basisstation mit einem besseren Qualitätsindex (bei dem es sich beispielsweise um die Feldstärke oder den Rauschabstand handeln kann) vorhanden, so schaltet die Mobilstation die aktive Datenverbindung auf die neue Basisstation um (Pfeil 47) . Bei dem Modul 48 handelt es sich dann im Prinzip um das bereits eingangs erwähnte Messmodul 41. Ist die Verbindung zur neuen möglichen Basisstation nicht besser, also insbesondere noch schlechter als die aktu- eile Verbindung, so erfolgt eine Rückgabe 49 der Kontrolle an das Messmodul 45 und diese startet in kurzem Abstand eine neuerliche Messung und Anfrage.
Da dieser Vorgang sehr schnell abläuft und teilweise parallel zum Datenverkehr erfolgen kann, ist fast keine Unterbrechung des Datenverkehrs feststellbar, wie dies bei einem traditionellen Scan der Fall wäre. Das Verfahren eignet sich damit auch für Maschinen, die sehr schnell ihre Bewegungsrichtung ändern und z.B. um Kurven herum fahren müssen. Dieser Vorteil ist bei Nutzung eines einzigen Kanals bei den beteiligten Geräten sehr gross, weil die Wechselzeit in den Bereich weniger Millisekunden gelangt .
Ist der Vorgang des Wechsels der Basisstation mit Hilfe dieses Verfahrens nicht erfolgreich, so kann dies in einem stabilen Netzwerk nur die Ursache haben, dass eine Basisstation ausgefallen oder Antennen beschädigt sind. In diesem Fall erfolgt zusätzlich solange ein vollständiger, traditioneller Scan bis wieder eine Netzwerkverbindung hergestellt werden kann.
Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel liegt in einer Vorgehensweise, die bei Bestehen von abgegrenzten Bereichen, wie sie beim Untertagebergbau gegeben sind, durchführbar ist. Hier macht sich die Erfindung die Tatsache zunutze, dass Mobilgeräte, seien es tragbare oder an Maschinen befestigte, zyklisch in bestimmten abgegrenzten Bereichen des Bergwerks eingesetzt werden. Damit ist auch die Zahl der Basisstationen, die während eines Einsatz- oder Fahrzyklus benötigt werden, begrenzt.
Während der Fahrt des Mobilgerätes authentifiziert sich dieses entweder einmalig (beispielsweise bei der ersten Fahrt einer Maschine) , oder bei jeder Fahrt vorsorglich bei jeder Basisstati- on, die in seine Reichweite kommt, das heisst, von der Beacons erkannt werden. Dabei erfolgt diese Authentifizierung bereits vor der eigentlichen Roaming-Sequenz und quasi „auf Verdacht", also im Hinblick auf eine möglicherweise spätere zu erfolgende Assoziierung .
Stellt das Mobilgerät dann fest, auf welchen neuen Accesspoint geroamt werden soll, so wird die oben dargestellte Sequenz wie folgt verändert: Statt einer Deauthentifizierung wird beim Verlassen der Basisstation beim Roaming nur noch eine Deassoziie- rung durchgeführt. Mit anderen Worten: die Authentifizierung bleibt erhalten. Statt sich bei der neuen Basisstation zu authentifizieren, wird nun ein Assoziierungstelegramm an die neue Basisstation gesendet, da die Authentifizierung (ausser bei der ersten Durchfahrt) schon vorliegt. Durch diese Vorgehensweise wird das Roaming beschleunigt und kann auch bei schnell fahrenden Maschinen und abruptem Wechsel der WLAN-Abdeckung sehr zuverlässig funktionieren.
Diese Verfahren sind neben dem einkanaligen Ausführungsbeispiel auch bei mehreren Kanälen anwendbar, insbesondere, sofern ein Scan vollständig parallel zum Datenaustausch erfolgen kann, wenn zum Beispiel ein zweiter Receiver vorliegt.
Eine zusätzliche Nutzung des Systems liegt in der Verwertung von Netzwerkinformationen (welche Client - Geräte befinden sich in der Nähe einer Basisstation oder eines anderen Clients), um z.B. mögliche Kollisionen mit Personen oder anderen Maschinen zu erkennen und entsprechende Warnungen und / oder Abschaltungen vorzunehmen.
Weitere Funktionen im Mobilgerät können dazu genutzt werden, die Qualität der WLAN-Infrastruktur festzuhalten und quasi als „Landkarte" der WLAN-Abdeckung in zentralen Systemen weiterzuverarbeiten. Wird dies für permanent oder in regelmässigen Abständen durchgeführt, so können beispielsweise ausgefallene Basisstationen oder defekte bzw. nicht (mehr) optimal ausgerichtete Antennen festgestellt werden. Fehler können erkannt werden, bevor sie die Systemfunktion negativ beeinflussen können.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Anbindung mobiler Kommunikationsgeräte an drahtlose Netzwerke in untertägigen Bauwerken, umfassend eine Vielzahl von Basisstationen, die in TunnelSystemen (11, 12) in einem räumlichen Abstand im wesentlichen in Richtung der Tunnelachsen voneinander angeordnet sind, so dass sich für jeweils zwei benachbarte Basisstationen (21, 22, 23) eine geringstmögliche Überlappung (25) der gemeinsamen Empfangsbereiche (16) ergibt, und dass alle Basisstationen (21, 22, 23) auf einem einzigen gemeinsamen Kanal arbeiten.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Basisstationen (21) an Kreuzungspunkten (13) beziehungsweise an Knickpunkten von Tunnelgängen des TunnelSystems angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Basisstation eine oder mehrere Antennen umfasst, die im wesentlichen in Richtung der Tunnellängsachsen senden und empfangen.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand von zwei benachbarten Basisstationen (21, 22, 23) so gewählt ist, dass sich die Kurven der vorgegebenen Signalschwellwerte für einen Empfang von solchen zwei benachbarten Basisstationen im Bereich der Tunnelwände schneiden.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationsgeräte für eine Kommunikation entsprechend der IEEE 802.11 - Normenreihe ausgelegt sind.
6. Verfahren zum Aufbau von Untertagenetzwerken mit WLAN- Techniken mit Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und mindestens einer Mobilstation, dadurch gekennzeichnet, dass alle Basisstationen in einem Tunnelsystem auf einem einzigen, gemeinsamen Kanal arbeiten und die Auslegung und Konfiguration des Netzwerkes so erfolgt, dass möglichst geringe Überlappungen der Abdeckungsbereiche entstehen und die Mobilstation die zu nutzende Basisstation auf der Basis eines Verbindungsqualitätssignals auswählt .
7. Verfahren nach Anspruch 6 zum Betrieb der Mobilstation, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte des intermittierenden oder kontinuierlichen Feststeilens (41) der Kommunikationsquali- tät mit der verbundenen Basisstation durch die Mobilstation oder die verbundene Basisstation, des Vergleichens (42) der festgestellten Kommunikationsqualität (41) mit einem vorbestimmten Kommunikationsqualitätsschwellwert, wobei bei Unterschreiten des besagten Kommunikationsqualitätsschwellwertes die Mobilstation feststellt (45) , welche andere Basisstation in Verbindungsreichweite liegt und anschliessend einen Schritt der Messung (45) der möglichen Kommunikationsqualität mit der besagten anderen Basisstation durch die Mobilstation oder durch die besagte andere Basisstation durchführt, gefolgt von einem Schritt des Vergleichens (46) der festgestellten möglichen Kommunikationsqualität mit einem vorbestimmten Kommunikationsqualitätsschwellwert, und Umschalten (48) der Kommunikation auf die neue Basisstation bei einer besseren Kommunikationsqualität.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationsqualität durch eine Messung der Empfangsfeldstärke und/oder durch eine Messung des Signalrauschabstandes durchgeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die sich durch die Sendeleistung einer jeden Basisstation ergebenden Abdeckungsbereiche zwischen Mσbilstationen und Basisstationen durch eine Messung der Empfangsfeldstärke der von jeder besagten Basisstation ausgesandten Markierungsimpulse durch jeweils alle benachbarten Basisstationen und einer anschlmessenden steuernden Anpassung der Sendeleistung der besagten Basisstation zur Erreichung einer Empfangsfeldstärke in einem Messintervall eingestellt werden.
10. Vorrichtung zur Anbindung mobiler Kommunikationsgeräte an drahtlose Netzwerke in untertägigen Bauwerken, umfassend eine Vielzahl von Basisstationen, die in TunnelSystemen (11, 12) in einem räumlichen Abstand im wesentlichen in Richtung der Tunnelachsen voneinander angeordnet sind, wobei die Vorrichtung ausgestaltet ist, um in ihrem Bereich befindliche Mobilstationen bei der grösstmöglichen Anzahl von Basisstationen authentifiziert zu halten, und wobei die besagten Mobilstationen jeweils mit einer dieser Basisstationen assoziiert sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mit allen Basisstationen Markierungspulse aussendbar sind, wobei die Mobilstationen ausgestaltet sind, um sich bei den Basisstationen zu authentifizieren, von denen sie Markierungspulse erfassen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mobilstationen ausgestaltet sind, um sich bei einem Wechsel von einer alten Basisstation auf eine andere neue Basisstation nur mit der alten Basisstation deassoziieren, um sich mit der neuen Basisstation zu assoziieren, ohne einen Au- thentifikationsschritt durchzuführen .
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