Die Erfindung betrifft ein Waldbrandfrüherkennungssystem umfassend ein Mesh-Gateway- Netzwerk mit einem Netzwerk-Server, mehreren ersten Gateways und mehreren Endgeräten, wobei die kürzeste Kommunikationsverbindung zwischen einem Endgerät und den Netzwerkserver des Mesh-Gateway-Netzwerks eine Multi-Hop-Verbindung ist und wobei die Multi-Hop-Verbindung zwei oder mehr Hops zwischen gleichartigen Elementen aufweist, sowie ein entsprechendes Verfahren zur Kommunikation in einem Mesh- Netzwerk.

Stand der Technik

Systeme zur Früherkennung von Waldbränden sind bekannt. Dazu wird das zu überwachende Areal mittels optischer Sensoren überwacht, die bei einem Waldbrand entstehenden Rauchsäulen erkennen können. Diese Sensoren sind z.B. drehbare Kameras, die jedoch den Nachteil aufweisen, dass sie in der Nacht weniger effektiv sind und für Fehlerkennungen, z.B. bei Staubwolken in Folge landwirtschaftlicher Aktivitäten, anfällig sind. Zudem können optische Systeme den Waldbrand in der Regel erst erkennen, wenn der Waldbrand bereits fortgeschritten ist und die Rauchsäulen über größere Distanzen sichtbar werden. Eine Überwachung mittels einer in einem Satelliten verbauter IR-Kamera aus einem hohen Orbit weist den Nachteil auf, dass die Auflösung der Kameras über die großen Distanzen eine Erkennung von Waldbränden in der Frühphase verhindert. Ein Satellit ist außerdem teuer in Anschaffung und Unterhalt, insbesondere beim Start des Satelliten. Eine Überwachung durch Minisatelliten in einem niedrigen Orbit weist den Nachteil auf, dass die Satelliten nicht geostationär sind, für einen Umlauf also eine gewisse Zeit benötigen, in der das Areal nicht überwacht wird. Für eine engmaschige Überwachung wird eine große Mehrzahl von Satelliten benötigt, deren Start ebenfalls kostenintensiv ist. Eine Überwachung durch Satelliten ist außerdem während des Starts mit einem hohen Kohlendioxid-Ausstoß verbunden. Sinnvoller ist eine Überwachung des Areals mittels einer Mehrzahl preiswerter, in Serie herstellbarer Sensoren, die mittels optischer Rauchdetektion und/oder Gasdetektion arbeiten. Die Sensoren werden im Areal verteilt angeordnet und liefern über Funkverbindung Daten an eine Basisstation.

Ein derartiges System zur Früherkennung von Waldbränden wird in der Schrift US 2008/0309502 A1 vorgestellt. Dabei wird liefert ein Sensor bei Feueralarm Informationen an ein nahegelegenes Control-Terminal, das dann einen Alarm mittels eines Langreichweiten-Funkfrequenz-Signals auslöst.

Dieses System weist den Nachteil auf, dass das Control-Terminal den Alarm auslöst und dazu über eine leistungsfähige RF-Einheit verfügen muss. Die Sensoren benötigen eine GPS-Einheit, die ständig ein Signal an das Control-Terminal sendet, der Stromverbrauch der Sensoren ist daher hoch, die Lebensdauer der Energiequellen (Batterien) der Sensoren begrenzt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Waldbrandfrüherkennungssystem bereitzustellen, das zuverlässig arbeitet, beliebig erweiterbar und kostengünstig in Installation und Unterhalt ist, sowie eine Erfassung und Vorhersage der Ausbreitungsrichtung und -geschwindigkeit eines Waldbrandes ermöglicht. Es ist ebenfalls Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Kommunikation in einem Mesh-Netzwerk bereitzustellen, das zuverlässig arbeitet, beliebig erweiterbar und kostengünstig in Installation und Unterhalt ist.

Die Aufgabe wird mittels eines Waldbrandfrüherkennungssystems mit einem Mesh- Gateway-Netzwerk gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen dargelegt. Das erfindungsgemäße Waldbrandfrüherkennungssystem mit einem Mesh-Gateway- Netzwerk weist einen Netzwerkserver auf. Der Netzwerkserver verfügt über Schnittstellen zu weiteren Applikationen, mit denen ein Waldbrand analysiert werden kann, z.B. Bestimmung der Ausdehnung, Ausbreitungsrichtung und Ausbreitungsgeschwindigkeit eines Waldbrandes.

Das erfindungsgemäße Waldbrandfrüherkennungssystem weist außerdem eine Mehrzahl erster Gateways auf. Das erste Gateway kommuniziert ausschließlich mit anderen Gateways, Relays und/oder optional auch mit Endgeräten des Mesh-Gateway-Netzwerks direkt.

Das erfindungsgemäße Waldbrandfrüherkennungssystem weist außerdem eine Mehrzahl von Relays und von Endgeräten auf. Das Endgerät weist eine Sensorvorrichtung auf, die einen oder eine Mehrzahl Sensoren zur Waldbrandfrüherkennung, z.B. zur Gasanalyse, aufweist. Das Relay steuert die Kommunikation zwischen Endgerät und Gateway.

Erfindungsgemäß ist die kürzeste Kommunikationsverbindung zwischen einem Endgerät und dem Netzwerkserver des Mesh-Gateway-Netzwerks eine Multi-Hop-Verbindung, wobei die Multi-Hop-Verbindung ein oder mehr Hops zwischen gleichartigen Elementen aufweist. Bevorzugt ist die kürzeste Verbindung zwischen einem Endgerät des erfindungsgemäßen Waldbrandfrüherkennungssystems und einem Netzwerk-Server eine mindestens 3 Hops umfassende Multi-Hop-Verbindung.

Im Rahmen dieser Schrift sind Endgeräte untereinander gleichartige Elemente, in gleicher Weise sind erste Gateways untereinander gleichartige Elemente. Endgeräte und erste Gateways sind demzufolge untereinander ungleichartige bzw. unterschiedliche Elemente. Weiterhin sind auch Relays untereinander gleichartige Elemente, aber Relays und erste Gateways und/oder Relays und Endgeräte ungleiche bzw. unterschiedliche Elemente. Das Mesh-Gateway-Netzwerk weist demnach Endgeräte und erste Gateways auf, die über keine direkte Single-Hop-Verbindung zu einem Netzwerk-Server verfügen. Die Kommunikation zwischen den Gateways erfolgt durch eine Multi-Hop-Verbindung. Die kürzeste Kommunikationsverbindung zwischen einem Endgerät und dem Netzwerkserver weist also mindestens zwei Hops zwischen Endgeräten untereinander und zwei ersten Gateways untereinander.

Ein Relay im Sinne dieser Erfindung ist ein Gerät, das einen Mikrocontroller, ein Funkgerät, eine Antenne und eine Energieversorgung aufweist. Ein Relay kann Signale und/oder Mitteilungen zwischen einem Endgerät oder einem Relay und einem weiteren Relay, einem Gateway und/oder Netzwerk-Server in beide Richtungen (Uplink und Downlink) übertragen. Das Relay ist eine Hardware zur Weiterleitung von Nachrichten von einem Endgerät an das Netzwerk und/oder umgekehrt.

Um Energie zu sparen und mit einer kleiner ausgelegten Stromversorgung auszukommen, stellt das Relay eine Aufweckfunktion bereit, die es gestattet das Relay aus einem Stand- by- und/oder Schlaf-Modus aufzuwecken. Empfängt ein Relay ein Aufwecksignal wird das Aufwecksignal mit einem Antwortsignal an den Sender des Aufwecksignals beantwortet. Der Sender des Aufwecksignals (ein Endgerät, ein anderes Relay oder ein Gateway weiß nun, dass sich das Relay in Empfangsbereitschaft setzt und kann das Signal oder die Mitteilung an das Relay senden. Nach dem Empfand dieses eigentlichen Signals vom Endgerät, Relay oder Gateway und dessen Weiterleitung an ein weiteres Relay, Endgerät oder Gateway, geht das Relay wieder in den Stand-by- und/oder Schlaf-Modus.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Multi-Hop-Verbindung zwei oder mehr Hops zwischen gleichartigen Elementen. Beispielsweise ist in einem LoRaWAN Netzwerk eine Kommunikation zwischen gleichartigen Elementen nicht vorgesehen und damit die Reichweite beschränkt. Durch eine Multihop-Kommunikation über mehrere gleichartige Elemente wird diese Beschränkung aufgehoben. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Multi-Hop-Verbindung eine oder mehreren Hops zwischen zwei Relays (R) auf. Die Relays können derart gesteuert werden, dass sie nicht zu jeder Zeit im Empfangsmodus sein müssen, wie beispielsweise die Gateways. Dadurch verbrauchen sie deutlich weniger Energie und benötigen eine kleiner ausgelegte Energieversorgung, was Kosten spart.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist das Mesh-Gateway-Netzwerk mehrere zweite Gateways auf. Die zweiten Gateways kommunizieren über eine Internetverbindung mit dem Netzwerk-Server. Die Internetverbindung ist eine drahtlose Punkt-zu-Punkt-Verbindung, vorzugsweise mittels eines Standard-Internet-Protokolls.

In einer weiteren Gestaltung der Erfindung stellen die ersten und die zweiten Gateways zueinander unterschiedliche Elemente dar. In einer weiteren optionalen Ausführungsform sind Relays sowohl unterschiedlich zu ersten Gateways als auch zu zweiten Gateways. Das Mesh-Gateway-Netzwerk weist demnach vier zueinander unterschiedliche Elemente auf: Endgeräte, Relays, erste Gateways sowie zweite Gateways.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung umfasst die Multi-Hop-Verbindung eine Verbindung über mehrere Endgeräte. Ein Endgerät ist sowohl mit weiteren Endgeräten als auch mit ersten Gateways über eine Single-Hop-Verbindung verbunden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind Relays Endgeräte, die eine Repeater- Funktion und/oder eine Relay-Funktion aufweisen. Damit wird eine Multi-Hop-Verbindung zwischen Endgeräten erreicht. Eine von einem Endgerät generierte und versandte Mitteilung wird von einem weiteren Endgerät empfangen, ggf. verstärkt und weitergeleitet.

Ein Repeater im Sinne dieser Schrift ist ein elektrischer oder auch optischer Signalverstärker oder -aufbereiter zur Vergrößerung der Reichweite eines Signals. Der Repeater befindet sich in einiger Entfernung zum Sender, empfängt dessen Signale und sendet sie in aufbereiteter Form weiter, wodurch eine größere Distanz überbrückt werden kann. Beim Einsatz digitaler Übertragungsverfahren kann das Signal zusätzlich vom Repeater dekodiert werden, wodurch Signalstörungen (wie Rauschen oder Verzerrungen der Pulsform) entfernt werden. Anschließend wird das Signal wieder neu kodiert, moduliert und weitergesendet. Von einfachen Repeatern wird die übertragene Information nicht beeinflusst, sondern nur das elektrische bzw. optische Signal aufbereitet. Dagegen können höher entwickelte digitale Repeater dem Signal z. B. eine Kennung hinzufügen, die bei mehreren möglichen Pfaden die Rückverfolgbarkeit des Signalweges ermöglicht.

In einerweiteren Ausbildung der Erfindung bilden die Endgeräte miteinander ein Endgeräte- Mesh-Netzwerk. Aufgrund der Repeater-Funktion und/oder eine Relay-Funktion der Endgeräte werden von einem Endgerät generierte Mitteilungen mittels Multi-Hop- Verbindung zwischen Endgeräten weitergeleitet.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist das Endgeräte-Mesh-Netzwerk über mehrere Gateways mit dem Netzwerkserver verbunden. Mittels Multi-Hop-Verbindung zwischen Endgeräten wird eine von einem Endgerät generierte Mitteilung so lange weitergeleitet, bis die Mitteilung von einem Gateway empfangen wird, das mit dem Netzwerkserver verbunden ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung umfasst die Verbindung vom Endgerät zum Netzwerkserver weniger Gateways, als mit dem Endgeräte-Mesh-Netzwerk verbunden sind. Die Multi-Hop-Verbindung Endgerät-Netzwerkserver zum Versand von Mitteilungen eines Endgeräts zum Netzwerkserver ist derart gewählt, dass sie die kürzeste Verbindung ist, also ein Minimum an Hops aufweist. Damit wird der Datentransfer auf ein Minimum reduziert.

In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die Multi-Hop-Verbindung eine Verbindung über mehrere erste und/oder zweite Gateways. Ein Gateway ist sowohl mit ersten Gateways als auch mit zweiten Gateways über eine Single-Hop-Verbindung verbunden. In einer weiteren Gestaltung der Erfindung weisen die Gateways eine Repeater-Funktion und/oder eine Relay-Funktion auf. Damit wird eine Multi-Hop-Verbindung zwischen Gateways erreicht. Eine von einem Gateway empfangene Mitteilung wird von einem weiteren Gateway empfangen, ggf. verstärkt und weitergeleitet.

In einerweiteren Ausbildung der Erfindung bilden die ersten Gateways und/oder die zweiten Gateways miteinander ein Gateway-Mesh-Netzwerk. Aufgrund der Repeater-Funktion und/oder eine Relay-Funktion der Gateways werden von einem Gateway empfangene Mitteilungen mittels Multi-Hop-Verbindung zwischen Gateways weitergeleitet.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung umfasst das Mesh-Gateway-Netzwerk ein LPWAN. LPWAN beschreibt eine Klasse von Netzwerkprotokollen zur Verbindung von Niedrigenergiegeräten wie batteriebetriebene Sensoren mit einem Netzwerk-Server. Das Protokoll ist so ausgelegt, dass eine große Reichweite und ein niedriger Energieverbrauch der Endgeräte bei niedrigen Betriebskosten erreicht werden können.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist das Mesh-Gateway-Netzwerk ein LoRaWAN-Mesh- Gateway-Netzwerk. LoRaWAN kommt mit besonders geringem Energieverbrauch aus. Die LoRaWAN-Netzwerke setzen eine sternförmige Architektur mittels ersten und zweiten Gateways-Nachrichtenpakete zwischen den Endgeräten und dem zentralen Netzwerk- Server um. Die zweiten Gateways sind an den Netzwerk-Server angebunden, während die Endgeräte per Funk über LoRa mit einem ersten Gateway kommunizieren.

In einer weiteren Gestaltung der Erfindung verfügt das zweite Gateway über eine Kommunikationsschnittstelle, die eine Internetverbindung mit dem Netzwerk-Server bereitstellt. Die Internetverbindung ist eine drahtlose Punkt-zu-Punkt-Verbindung, vorzugsweise mittels eines Standard-Internet-Protokolls. In einer weiteren Ausbildung der Erfindung weisen die Endgeräte, Relays und/oder die ersten Gateways eine autarke Energieversorgung auf. Um die Endgeräte sowie die mit ihnen verbundenen Relays und/oder ersten Gateways auch in unwirtlichen und insbesondere ruralen Gegenden fernab von Energieversorgung installieren und betreiben zu können, sind die Endgeräte, Relays und die ersten Gateways mit einer autarken Energieversorgung ausgestattet. Die Energieversorgung kann z.B. durch Energiespeicher - auch wiederaufladbar - erfolgen.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist die autarke Energieversorgung einen Energiespeicher und/oder eine Energiekonversionsvorrichtung auf. Insbesondere ist die Energieversorgung mittels Solarzellen zu nennen, bei denen eine Energiekonversion Lichtelektrischer Energie erfolgt. Die elektrische Energie wird üblicherweise in einem Energiespeicher gespeichert, um die Energieversorgung auch in Zeiten geringer Sonneneinstrahlung (z.B. in der Nacht) sicherzustellen.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die Endgeräte und die ersten Gateways off-grid betrieben. Aufgrund der autarken Energieversorgung von Endgeräten, Relays und ersten Gateways sind diese Geräte ohne ein Versorgungsnetz autonom betreibbar. Daher können Endgeräte, Relays und erste Gateways insbesondere in unwegsame und mit üblichen Funknetzen nicht erreichbare Gegenden hinein verteilt und vernetzt werden.

In einer weiteren Gestaltung der Erfindung sind die ersten Gateways des Mesh-Gateway- Netzwerks Frontend-Gateways und/oder das zweite Gateway ein Grenz-Gateway. Die Aufteilung der Gateways in Front- End-Gateways und Grenz-Gateways erweitert die Reichweite des LoRaWAN-Netzwerks erheblich, wobei weiterhin Standard-LoRaWAN- kompatible Endgeräte zum Einsatz kommen können, die weit in unwegsame und mit üblichen Funknetzen nicht erreichbare Gegenden hinein verteilt und vernetzt werden können. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung verfügt das erste Gateway über eine erste Frontend-Gateway-Kommunikationsschnittstelle zur Kommunikation mit einem Endgerät und einer zweiten Frontend-Gateway-Kommunikationsschnittstelle zur Kommunikation mit einem anderen ersten Gateway und/oder einem zweiten Gateway. Das erste Gateway ist als Knotenpunkt also dazu geeignet, sowohl mit einem Endgerät über Single-Hop- Verbindung (Zirpenfrequenzspreizungsmodulation oder Frequenzmodulation) als auch mit einem Gateway über Single-Hop- oder bevorzugt Multi-Hop-Verbindung als vermaschtes Multi-Hop-Funknetzwerk zu kommunizieren. Beide Verbindungen benutzen unterschiedliche Protokolle und benötigen daher unterschiedliche Schnittstellen.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist jedes erste Gateway zur drahtlosen Punkt- zu-Punkt-Kommunikation mit einer Vielzahl von Endgeraten unter Verwendung von Single- Hop LoRa- oder FSK-Funk unter Verwendung des LoRaWAN-Protokolls geeignet. Daher ist eine vollständige Kompatibilität mit handelsüblichen LoRa-Endgeräten gegeben. Das erste Gateway kommuniziert mit dem Endgerät über Standard LoRaWAN-Funkprotokoll bzw. über Standard-LoRa-Funkverbindung. Es muss daher nicht modifiziert werden, um die Vorteile des Mesh-Netzwerkes zu nutzen. Die Mesh-Architektur ist sozusagen „transparent“ für das Endgerät.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung weisen zumindest einzelne erste Gateways keine direkte IP-Verbindung auf. Mesh-Gateways bestehen aus einer Kombination der ersten Gateways und der zweiten Gateways. Die Mesh-Gateways unterhalten sich mittels Multi-Hop-Funknetzwerk untereinander, und mindestens ein Mesh-Gateway ist über das Standard-Internetprotokoll mit dem Netzwerk-Server verbunden.

In einer weiteren Gestaltung der Erfindung ist das zweite Gateway zur Kommunikation mittels einer Standard-IP-Verbindung und unter Verwendung des LoRaWAN-Protokolls mit dem Netzwerk-Server vorgesehen. Mindestens eines der ersten Gateways kommuniziert direkt mit einem zweiten Gateway. Das zweite Gateway sendet die Daten eines Endgerätes direkt mittels eines Internetprotokolls an den Netzwerk-Server. Diese Art der Kommunikation und Aufteilung der Gateways in zwei Arten von Gateways erweitern das LoRaWAN-Netzwerk erheblich, wobei weiterhin Standard LoRaWAN-kompatible Endgeräte zum Einsatz kommen können, die weit in unwegsame und mit üblichen Funknetzen nicht erreichbare Gegenden hinein verteilt und vernetzt werden können. Diese Endgeräte sind beliebige, handelsübliche Geräte, die nicht angepasst werden müssen, um die Vorteile des Mesh Netzwerkes zu verwenden.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung verfügt das zweite Gateway über eine erste Grenz-Gateway-Kommunikationsschnittstelle zur Kommunikation mit einem Netzwerk- Server und eine zweite Grenz-Gateway-Kommunikationsschnittstelle zur Kommunikation mit einem ersten Gateway. Das zweite Gateway ist also geeignet, mit einem weiteren Gateway über Single-Hop- oder bevorzugt Multi-Hop-Verbindung als vermaschtes Multi- Hop-Funknetzwerk zu kommunizieren. Mit dem Netzwerk-Server kann über eine Standard- Internet-Verbindung drahtlos oder drahtgebunden kommuniziert werden. Beide Verbindungen benutzen unterschiedliche Protokolle und benötigen daher unterschiedliche Schnittstellen.

Die Aufgabe wird ebenfalls mittels des Verfahrens zur Kommunikation in einem Mesh- Netzwerk mit einem Netzwerkserver, mehreren ersten Gateways und mehreren Endgeräten eines Waldbrandfrüherkennungssystems gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Kommunikation in einem Mesh- Netzwerk mit einem Netzwerkserver, mehreren Relays, einem ersten Gateway und mehreren Endgeräten eines Waldbrandfrüherkennungssystems wird ein Signal von einem Endgerät zu einem Netzwerkserver oder von einem Netzwerkserver zu einem Endgerät über eine Kommunikationsverbindung gesendet. Erfindungsgemäß erfolgt die Kommunikation über eine Multi-Hop-Verbindung mit einem oder mehr Hops zwischen gleichartigen Elementen. Im Rahmen dieser Schrift sind alle Endgeräte untereinander gleichartige Elemente, in gleicher Weise sind alle ersten Gateways untereinander gleichartige Elemente. Auch alle Relays sind gleichartige Elemente. Demgegenüber sind Relays und Endgeräte oder erste Gateways und Relays und erste Gateways sind untereinander ungleichartige Elemente.

Das Mesh-Gateway-Netzwerk weist demnach Endgeräte und erste Gateways auf, die über keine direkte Single-Hop-Verbindung zu einem Netzwerk-Server verfügen. Die Kommunikation zwischen den Gateways erfolgt durch eine Multi-Hop-Verbindung. Die kürzeste Kommunikationsverbindung zwischen einem Endgerät und dem Netzwerkserver weist also mindestens einen Hop zwischen Endgeräten untereinander und einem ersten Gateway untereinander.

In einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Kommunikation über eine Multi-Hop- Verbindung mit zwei oder mehr Hops zwischen gleichartigen Elementen. Beispielsweise ist in einem LoRaWAN Netzwerk eine Kommunikation zwischen gleichartigen Elementen nicht vorgesehen und damit die Reichweite beschränkt. Durch eine Multihop-Kommunikation über mehrere gleichartige Elemente wird diese Beschränkung aufgehoben.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Multi-Hop-Verbindung mit einem oder mehreren Hops zwischen zwei Relays (R). Die Relays können derart gesteuert werden, dass sie nicht zu jeder Zeit im Empfangsmodus sein müssen, wie beispielsweise die Gateways. Dadurch verbrauchen sie deutlich weniger Energie und benötigen eine kleiner ausgelegte Energieversorgung, was Kosten spart.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Multi-Hop-Verbindung mit zwei oder mehr Hops zwischen gleichartigen Elementen die kürzeste Verbindung zwischen dem Endgerät und dem Netzwerkserver. Bevorzugt ist die kürzeste Verbindung zwischen einem Endgerät des erfindungsgemäßen Waldbrandfrüherkennungssystems und einem Netzwerk-Server eine mindestens 4 Hops umfassende Multi-Hop-Verbindung. Die Multi-Hop-Verbindung Endgerät-Netzwerkserver zum Versand von Mitteilungen eines Endgeräts zum Netzwerkserver ist derart gewählt, dass sie die kürzeste Verbindung ist, also ein Minimum an Hops aufweist. Damit wird der Datentransfer auf ein Minimum reduziert.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung weist das Mesh-Netzwerk mehrere zweite Gateways auf und die Kommunikation erfolgt über die ersten und die zweiten Gateways. Ein Gateway ist sowohl mit ersten Gateways als auch mit zweiten Gateways über eine Single-Hop-Verbindung verbunden. Die zweiten Gateways kommunizieren über eine Internetverbindung mit dem Netzwerk-Server.

In einer weiteren Gestaltung der Erfindung stellen die Relays, die ersten und die zweiten Gateways zueinander unterschiedliche Elemente dar. Das Mesh-Gateway-Netzwerk weist demnach drei zueinander unterschiedliche Elemente auf: Endgeräte, erste Gateways sowie zweite Gateways.

In einerweiteren Ausführung der Erfindung erfolgt die Kommunikation über eine Multi-Hop- Verbindung, wobei die Multi-Hop-Verbindung eine Verbindung über mehrere Endgeräte umfasst. Ein Endgerät ist sowohl mit weiteren Endgeräten als auch mit ersten Gateways über eine Single-Hop-Verbindung verbunden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung führen die Endgeräte eine Repeater- Funktion und/oder eine Relay-Funktion aus. Damit wird eine Multi-Hop-Verbindung zwischen Endgeräten erreicht. Eine von einem Endgerät generierte und versandte Mitteilung wird von einem weiteren Endgerät empfangen, ggf. verstärkt und weitergeleitet.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung erfolgt die Kommunikation über ein Endgeräte- Mesh-Netzwerk, wobei das Endgeräte-Mesh-Netzwerk durch miteinander verbundene Endgeräte gebildet wird. Aufgrund der Repeater-Funktion und/oder eine Relay-Funktion der Endgeräte werden von einem Endgerät generierte Mitteilungen mittels Multi-Hop- Verbindung zwischen Endgeräten weitergeleitet. In einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Kommunikation vom Endgeräte-Mesh- Netzwerk über mehrere Gateways mit dem Netzwerkserver. Mittels Multi-Hop-Verbindung zwischen Endgeräten wird eine von einem Endgerät generierte Mitteilung so lange weitergeleitet, bis die Mitteilung von einem Gateway empfangen wird, das mit dem Netzwerkserver verbunden ist.

In einerweiteren Gestaltung der Erfindung erfolgt die Kommunikation über eine Verbindung zum Netzwerkserver, die weniger Gateways umfasst als mit dem Endgeräte-Mesh- Netzwerk verbunden sind. Die Multi-Hop-Verbindung Endgerät-Netzwerkserver zum Versand von Mitteilungen eines Endgeräts zum Netzwerkserver ist derart gewählt, dass sie die kürzeste Verbindung ist, also ein Minimum an Hops aufweist. Damit wird der Datentransfer auf ein Minimum reduziert.

In einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Kommunikation über eine Multi-Hop- Verbindung, wobei die Multi-Hop-Verbindung eine Verbindung über mehrere erste und/oder zweite Gateways umfasst. Ein Gateway ist sowohl mit ersten Gateways als auch mit zweiten Gateways über eine Single-Hop-Verbindung verbunden.

In einer weiteren Gestaltung der Erfindung weisen die Gateways eine Repeater-Funktion und/oder eine Relay-Funktion auf. Damit wird eine Multi-Hop-Verbindung zwischen Gateways erreicht. Eine von einem Gateway empfangene Mitteilung wird von einem weiteren Gateway empfangen, ggf. verstärkt und weitergeleitet.

In einerweiteren Ausbildung der Erfindung bilden die ersten Gateways und/oder die zweiten Gateways miteinander ein Gateway-Mesh-Netzwerk. Aufgrund der Repeater-Funktion und/oder eine Relay-Funktion der Gateways werden von einem Gateway empfangene Mitteilungen mittels Multi-Hop-Verbindung zwischen Gateways weitergeleitet. In einer weiteren Ausführung der Erfindung umfasst das Mesh-Gateway-Netzwerk des Waldbrandfrüherkennungssystems ein LPWAN. LPWAN beschreibt eine Klasse von Netzwerkprotokollen zur Verbindung von Niedrigenergiegeräten wie batteriebetriebene Sensoren mit einem Netzwerk-Server. Das Protokoll ist so ausgelegt, dass eine große Reichweite und ein niedriger Energieverbrauch der Endgeräte bei niedrigen Betriebskosten erreicht werden können.

In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst das Mesh-Gateway-Netzwerk ein LoRaWAN- Mesh-Gateway-Netzwerk. LoRaWAN kommt mit besonders geringem Energieverbrauch aus. Die LoRaWAN-Netzwerke setzen eine sternförmige Architektur mittels ersten und zweiten Gateways-Nachrichtenpakete zwischen den Endgeräten und dem zentralen Netzwerk-Server um. Die zweiten Gateways sind an den Netzwerk-Server angebunden, während die Endgeräte per Funk über LoRa mit einem ersten Gateway kommunizieren.

In einer weiteren Gestaltung der Erfindung erfolgt der Versand der Mitteilung vom Endgerät an das erste Gateway über eine Multi-Hop-Verbindung. Mittels Multi-Hop-Verbindung zwischen Endgeräten wird eine von einem Endgerät generierte Mitteilung so lange weitergeleitet, bis die Mitteilung von einem Gateway empfangen wird, das mit dem Netzwerkserver verbunden ist.

In einer Weiterbildung der Erfindung leitet ein Endgerät die Mitteilung an ein zweites Endgerät weiter. Mittels Multi-Hop-Verbindung zwischen Endgeräten wird eine von einem Endgerät generierte Mitteilung so lange weitergeleitet, bis die Mitteilung von einem Gateway empfangen wird, das mit dem Netzwerkserver verbunden ist.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung erfolgt die Weiterleitung von Endgerät zu Endgerät über eine Multi-Hop-Verbindung. Mittels Multi-Hop-Verbindung zwischen Endgeräten wird eine von einem Endgerät generierte Mitteilung so lange weitergeleitet, bis die Mitteilung von einem Gateway empfangen wird, das mit dem Netzwerkserver verbunden ist. Insbesondere umfasst die Multi-Hop-Verbindung mindestens 2 Hops. In einer weiteren Ausführung der Erfindung leitet das erste Gateway die Mitteilung an ein zweites Gateway und/oder an den Netzwerkserver weiter. Eine von einem Gateway empfangene Mitteilung wird von einem weiteren Gateway empfangen, ggf. verstärkt und weitergeleitet. Die Multi-Hop-Verbindung mindestens 2 Hops zwischen zwei Gateways.

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Waldbrandfrüherkennungssystems und des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Kommunikation in einem Mesh-Netzwerk sind in den Zeichnungen schematisch vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1a Waldbrandfrüherkennungssystem mit einem LoRaWAN-Mesh-Gateway-Netzwerk mit Endgeräten, einem Netzwerkserver sowie ersten und zweiten Gateways

Fig. 1b Waldbrandfrüherkennungssystem mit einem LoRaWAN-Mesh-Gateway-Netzwerk mit Endgeräten, Relays, einem Netzwerkserver sowie ersten und zweiten Gateways

Fig. 1c: Detailansicht eines Waldbrandfrüherkennungssystems mit einem LoRaWAN- Mesh-Gateway-Netzwerk mit Endgeräten, Relays, einem Netzwerkserver sowie ersten und zweiten Gateways

Fig. 2a Waldbrandfrüherkennungssystem mit einem Endgeräte-Mesh-Netzwerk mit Endgeräten, einem Netzwerkserver sowie Grenz-Gateways

Fig. 2b Waldbrandfrüherkennungssystem mit einem Endgeräte-Mesh-Netzwerk mit Endgeräten, Relays, einem Netzwerkserver sowie Grenz-Gateways

Fig. 3 Waldbrandfrüherkennungssystem mit einem Gateway-Mesh-Netzwerk mit einem Netzwerkserver sowie ersten Gateways und Grenz-Gateways Fig. 4 Detailansicht eines Waldbrandfrüherkennungssystems mit einem Gateway-Mesh- Netzwerk mit einem Netzwerkserver sowie Front-End- und Grenz-Gateways

Fig. 5a Waldbrandfrüherkennungssystems mit einem Endgeräte-Mesh-Netzwerk und einem Gateway-Mesh-Netzwerk

Fig. 5b Waldbrandfrüherkennungssystems mit Relays, einem Endgeräte-Mesh-Netzwerk und einem Gateway-Mesh-Netzwerk

Fig. 6a Detailansicht eines Waldbrandfrüherkennungssystems mit einem LoRaWAN- Mesh-Gateway-Netzwerk mit Endgeräten, einem Netzwerkserver sowie ersten und zweiten Gateways

Fig. 6b Detailansicht eines Waldbrandfrüherkennungssystems mit einem LoRaWAN- Mesh-Gateway-Netzwerk mit Endgeräten, Relays, einem Netzwerkserver sowie ersten und zweiten Gateways

Fig. 7a Verbindungen in einem Standard-LoRa-Funknetzwerk

Fig. 7b Verbindungen in einem Standard-LoRa-Funknetzwerk mit Relays

Fig. 8a Verbindungen im LoRaWAN-Netzwerk, aufweisend ein Endgeräte-Mesh- Netzwerk und ein Gateway-Mesh-Netzwerk

Fig. 8b Verbindungen im LoRaWAN-Netzwerk, aufweisend Relays, ein Endgeräte-Mesh- Netzwerk und ein Gateway-Mesh-Netzwerk

Fig. 9a Verbindungen im erfindungsgemäßen LoRaWAN-Netzwerk

Fig. 9b Verbindungen im erfindungsgemäßen LoRaWAN-Netzwerk mit Relays

Figur 1a zeigt ein erfindungsgemäßes Waldbrandfrüherkennungssystem 1 angeordnet in dem zu überwachenden Wald W. Das Waldbrandfrüherkennungssystem 1 weist eine Mehrzahl von Endgeräten ED auf. Ein einzelnes Endgerät ED verfügt zur Erkennung eines Waldbrandes über eine Sensoreinheit, die Sensoren z.B. zur Ermittlung der Luftfeuchte, des Luftdrucks und einen Temperatursensor aufweist. Optional oder zusätzlich verfügt ein Endgerät ED über Sensoren zur Gasanalyse und zur Erfassung der vorherrschenden Windrichtung, mit denen Zusammensetzung und Konzentration von Gasen sowie deren Ausbreitungsrichtung ermittelt wird. Um das Endgerät ED auch in unwirtlichen und insbesondere ruralen Gegenden fernab von Energieversorgung installieren und betreiben zu können, ist ein Endgerät ED mit einer autarken Energieversorgung ausgestattet. Die Energieversorgung ist im einfachsten Fall eine Batterie, die auch wiederaufladbar gestaltet sein kann. Möglich ist aber auch der Einsatz von Kondensatoren, z.B. Superkondensatoren. Etwas aufwändiger und kostenintensiver, aber eine sehr lange Lebensdauer des Endgerätes ED bietende Energieversorgung ist der Einsatz von Solarzellen.

Das Endgerät ED weist außerdem eine Kommunikationsschnittstelle sowie eine erste Steuervorrichtung und eine Auswertevorrichtung auf. Die Kommunikationsschnittstelle des Endgerätes ED steht mit Kommunikationsschnittstellen der Gateways Gn kabellos in Verbindung. Die erste Steuervorrichtung ist mit der Kommunikationsschnittstelle und der Sensorvorrichtung verbunden und steuert diese an.

Das Waldbrandfrüherkennungssystem 10 weist ein Mesh-Gateway-Netzwerk 1 auf, das die Technologie eines LoRaWAN-Netzwerks nutzt. Das LoRaWAN-Netzwerk weist eine sternförmige Architektur auf, in der mittels Gateways Nachrichtenpakete zwischen den Sensoren ED und einem zentralen Netzwerk-Server NS ausgetauscht werden. Das Waldbrandfrüherkennungssystem 10 weist eine Vielzahl von Endgeräten ED auf, die über eine Single-Hop-Verbindung FSK mit Gateways G1 , G2 verbunden sind. Die ersten Gateways G1 sind üblicherweise Frontend-Gateways FGD. Die Frontend-Gateways FGD sind untereinander verbunden sowie teilweise mit Grenz-Gateways BGD. Die Grenz- Gateways BGD sind mit dem Internet-Netzwerk-Server NS verbunden, entweder über eine drahtgebundene Verbindung WN oder über eine drahtlose Verbindung mittels Internetprotokoll IP.

Die Frontend-Gateways FGD und die Grenz-Gateways BGD sind untereinander über ein vermaschtes Multi-Hop-Netzwerk MHF verbunden, so dass ein Frontend-Gateway FGD keine direkte Verbindung zum Internet-Netzwerk-Server NS benötigt. Dadurch wird eine Reichweitenverlängerung von LoRaWAN-Netzwerken erreicht, indem ein Multi-Hop- Netzwerk mittels Frontend-Gateways FGD zwischengeschaltet ist und somit eine vollständige Komptabilität zur LoRaWAN-Spezifikation erreicht.

Figur 1b zeigt ein erfindungsgemäßes Waldbrandfrüherkennungssystem 1 angeordnet in dem zu überwachenden Wald W. Das Waldbrandfrüherkennungssystem 1 weist eine Mehrzahl von Relays R auf. Ein einzelnes Relay R verfügt über eine Kommunikationseinrichtung zum Empfang und Versand von Signalen, Daten und Mitteilungen. Optional kann ein Relay R mit Endgeräte-Funktionalität zur Erkennung eines Waldbrandes über eine Sensoreinheit, die Sensoren z.B. zur Ermittlung der Luftfeuchte, des Luftdrucks und einen Temperatursensor aufweist. Optional oder zusätzlich verfügt ein Relay R mit Endgeräte-Funktionalität über Sensoren zur Gasanalyse und zur Erfassung der vorherrschenden Windrichtung, mit denen Zusammensetzung und Konzentration von Gasen sowie deren Ausbreitungsrichtung ermittelt wird. Das Relay weist außerdem eine erste Steuervorrichtung und eine Auswertevorrichtung auf. Die erste Steuervorrichtung ist mit der Kommunikationsschnittstelle und der Sensorvorrichtung verbunden und steuert diese an.

Um das Relay R auch in unwirtlichen und insbesondere ruralen Gegenden fernab von Energieversorgung installieren und betreiben zu können, ist ein Relay R mit einer autarken Energieversorgung ausgestattet. Die Energieversorgung ist im einfachsten Fall eine Batterie, die auch wiederaufladbar gestaltet sein kann. Möglich ist aber auch der Einsatz von Kondensatoren, z.B. Superkondensatoren. Etwas aufwändiger und kostenintensiver, aber eine sehr lange Lebensdauer des Relays R bietende Energieversorgung ist der Einsatz von Solarzellen.

Das Relay weist außerdem eine Kommunikationsschnittstelle sowie eine erste Steuervorrichtung auf. Die Kommunikationsschnittstelle des Relays R steht mit Kommunikationsschnittstellen weiterer Relays R, Endgeräten ED und/oder der Gateways Gn kabellos in Verbindung. Das Waldbrandfrüherkennungssystem 10 weist ein Mesh-Gateway-Netzwerk 1 auf, das die Technologie eines LoRaWAN-Netzwerks nutzt. Das LoRaWAN-Netzwerk weist eine sternförmige Architektur auf, in der mittels Relays R und/oder Gateways Gn Nachrichtenpakete zwischen den Sensoren der Endgeräte ED und einem zentralen Netzwerk-Server NS ausgetauscht werden. Das Waldbrandfrüherkennungssystem 10 weist eine Vielzahl von Endgeräten ED auf, die über eine Single-Hop-Verbindung FSK mit Relays R und/oder Gateways G1 , G2 verbunden sind. Die Relays R sind mit weiteren Endgeräten ED, weiteren Relays R und/oder Gatewas Gn über Single-Hop Verbindungen verbunden. Untereinander sind die Relays R mit weiteren Relays R auch über Multi-Hop-Verbindungen verbunden. Die ersten Gateways G1 sind üblicherweise Frontend-Gateways FGD. Die Frontend-Gateways FGD sind untereinander verbunden sowie teilweise mit Grenz- Gateways BGD. Die Grenz-Gateways BGD sind mit dem Internet-Netzwerk-Server NS verbunden, entweder über eine drahtgebundene Verbindung WN oder über eine drahtlose Verbindung mittels Internetprotokoll IP.

Die Frontend-Gateways FGD und die Grenz-Gateways BGD sind untereinander über ein vermaschtes Multi-Hop-Netzwerk MHF verbunden, so dass ein Frontend-Gateway FGD keine direkte Verbindung zum Internet-Netzwerk-Server NS benötigt. Dadurch wird eine Reichweitenverlängerung von LoRaWAN-Netzwerken erreicht, indem ein Multi-Hop- Netzwerk mittels Frontend-Gateways FGD zwischengeschaltet ist und somit eine vollständige Komptabilität zur LoRaWAN-Spezifikation erreicht.

Fig. 1c zeigt eine Detailansicht des erfindungsgemäßen im zu überwachenden Wald W angeordneten Waldbrandfrüherkennungssystems 10. Das Waldbrandfrüherkennungssystem 10 weist eine Mehrzahl von mit Sensoren bestückten Endgeräten ED auf, wobei jeweils acht Endgeräte ED über eine Single-Hop-Verbindung FSK mit einem Relay kommunizieren. Die Relays R kommunizieren wiederum ebenfalls über eine Single-Hop- Verbindung mit einem Gateway G1. Die Relays R können aber auch über Single-Hop- und/oder Multi-Hop-Verbindungen untereinander kommunizieren. Die Gateways G1 sind Frontend-Gateways FGD. Die Frontend-Gateways FGD sind untereinander sowie mit Grenz-Gateways BGD verbunden. Die Grenz-Gateways BGD sind mit dem Internet- Netzwerk-Server NS verbunden, und zwar über eine drahtgebundene Verbindung WN oder über eine drahtlose Verbindung mittels Internetprotokoll IP.

Ein Ausführungsbeispiel eines Endgeräte-Mesh-Netzwerks 20 zeigt Fig. 2a. Das Endgeräte-Mesh-Netzwerk 20 weist eine Vielzahl von über den zu überwachenden Wald W verteilt angeordneten Endgeräten ED sowie vier Grenz-Gateways BGD auf. Das Endgeräte-Mesh-Netzwerk 20 ist über die vier Grenz-Gateways BGD mit dem Netzwerk- Server NS verbunden, wobei die Grenz-Gateways BGD mit dem Internet-Netzwerk-Server NS direkt verbunden sind, entweder über eine drahtgebundene Verbindung WN oder über eine drahtlose Verbindung mittels Internetprotokoll IP.

Ein Endgerät ED ist mittels einer Single-Hop-Verbindung FSK mit mindestens einem weiteren Endgerät ED verbunden. Ein Endgerät ED weist dazu eine Kommunikationsschnittstelle auf. Mittels der Kommunikationsschnittstelle werden Mitteilungen des Endgerätes ED, insbesondere Messdaten, als Datenpaket drahtlos mittels einer Single-Hop-Verbindung FSK über LoRa (Zirpenfrequenzspreizungsmodulation) oder Frequenzmodulation an mindestens ein weiteres Endgerät ED weitergeleitet.

Die Kommunikationsverbindung von einem Endgerät ED zum Internet-Netzwerk-Server NS verläuft über eine Multi-Hop-Verbindung zwischen dem Endgerät ED, das ein Signal zur Weiterleitung an den Internet-Netzwerk-Server NS generiert, und weiteren Endgeräten ED, bis ein Endgerät ED das generierte Signal an ein Grenz-Gateway BGD sendet, vom Grenz- Gateway BGD empfangen und an den Internet-Netzwerk-Server NS gesendet wird. Die Verbindung Endgerät ED - Grenz-Gateway BGD ist ebenfalls drahtlos mittels einer Single- Hop-Verbindung FSK über LoRa (Zirpenfrequenzspreizungsmodulation) oder Frequenzmodulation. Die Multi-Hop-Verbindung ist derart, dass mindestens zwei Hops zwischen zwei Endgeräten ED durchgeführt werden. Die Verbindung eines Endgerätes ED zum Netzwerk-Server NS wird in diesem Ausführungsbeispiel über genau ein Grenz-Gateway BGD hergestellt und umfasst daher weniger Gateways BGD als mit dem Endgeräte-Mesh-Netzwerk 20 verbunden sind. Die Multi-Hop-Verbindung eines Endgerätes ED zum Netzwerk-Server NS mit zwei oder mehr Hops zwischen den Endgeräten ED ist vorteilhafterweise derart gewählt, dass sie die kürzeste Multi-Hop-Verbindung zwischen dem Endgerät ED und dem Netzwerk-Server NS ist, m.a.W. die minimale Anzahl von Endgeräten ED zwischen dem Endgerät ED, das ein Signal zur Weiterleitung an den Internet-Netzwerk-Server NS generiert, und einem Grenz- Gateway BGD zur Verbindung wird genutzt.

Die Endgeräte ED weisen dazu eine Repeater-Funktion bei drahtgebundenen Verbindungen und/oder eine Relay-Funktion bei Funkverbindungen auf. Dabei wird das auf dem Endgerät ED empfangene Signal weiter versendet und bei Bedarf verstärkt. Dadurch wird eine Übertragung der von einem Endgerät ED generierten Signale über größere Strecken ermöglicht, als mit einer direkten Verbindung möglich wäre. Ebenfalls werden topographische Hindernisse im zu überwachenden Wald W umgangen.

Ein Ausführungsbeispiel eines Relay-Mesh-Netzwerks 25 zeigt Fig. 2b. Das Relay-Mesh- Netzwerk 25 weist eine Vielzahl von über den zu überwachenden Wald W verteilt angeordneten Endgeräten ED (in Fig. 2b nicht dargestellt), eine Vielzahl von zusammen ein Mesh-Netzwerk bildende Relays R sowie vier Grenz-Gateways BGD auf. Das Relay- Mesh-Netzwerk 25 ist über die vier Grenz-Gateways BGD mit dem Netzwerk-Server NS verbunden, wobei die Grenz-Gateways BGD mit dem Internet-Netzwerk-Server NS direkt verbunden sind, entweder über eine drahtgebundene Verbindung WN oder über eine drahtlose Verbindung mittels Internetprotokoll IP.

Ein Relay R ist mittels einer Single-Hop-Verbindung FSK mit mindestens einem weiteren Relay R sowie einem oder mehreren Endgeräten ED verbunden. Ein Relay R weist dazu eine Kommunikationsschnittstelle auf. Mittels der Kommunikationsschnittstelle werden von einem Endgerät ED oder einem Relay R empfangene Mitteilungen des Relays R, insbesondere Messdaten, als Datenpaket drahtlos mittels einer Single-Hop-Verbindung FSK über LoRa (Zirpenfrequenzspreizungsmodulation) oder Frequenzmodulation an mindestens ein weiteres Relay R weitergeleitet.

Die Kommunikationsverbindung von einem Endgerät ED zum Internet-Netzwerk-Server NS verläuft über eine Multi-Hop-Verbindung zwischen dem Relay R, das ein Signal zur Weiterleitung an den Internet-Netzwerk-Server NS generiert, und einem oder mehreren weiteren Relays R, bis ein Relay R das generierte Signal an ein Grenz-Gateway BGD sendet, vom Grenz-Gateway BGD empfangen und an den Internet-Netzwerk-Server NS gesendet wird. Die Verbindung Relay R - Grenz-Gateway BGD ist ebenfalls drahtlos mittels einer Single-Hop-Verbindung FSK über LoRa (Zirpenfrequenzspreizungsmodulation) oder Frequenzmodulation. Die Multi-Hop-Verbindung ist derart, dass mindestens zwei Hops zwischen zwei Relays R durchgeführt werden.

Die Verbindung eines Relays R zum Netzwerk-Server NS wird in diesem Ausführungsbeispiel über genau ein Grenz-Gateway BGD hergestellt und umfasst daher weniger Gateways BGD als mit dem Relay-Mesh-Netzwerk 25 verbunden sind. Die Multi- Hop-Verbindung eines Relays R zum Netzwerk-Server NS mit zwei oder mehr Hops zwischen den Relays R ist vorteilhafterweise derart gewählt, dass sie die kürzeste Multi- Hop-Verbindung zwischen dem Relay R und dem Netzwerk-Server NS ist, m.a.W. die minimale Anzahl von Relays R zwischen dem Endgerät ED, das ein Signal zur Weiterleitung an den Internet-Netzwerk-Server NS generiert, und einem Grenz-Gateway BGD zur Verbindung wird genutzt.

Die Relays R weisen dazu eine Repeater-Funktion und/oder eine Relay-Funktion bei Funkverbindungen auf. Dabei wird das auf dem Relay R empfangene Signal weiter versendet und bei Bedarf verstärkt. In einer optionalen Ausführungsform wird das Signal an einen vorbestimmten oder ausgewählten Empfänger R, BGD versendet. Dieser Empfänger kann ein Relay R und/oder ein (nicht in Fig. 2b dargestelltes) Gateway (Frontend- und/oder Grenz-Gateway BGD) sein. Dadurch wird eine Übertragung der von einem Relay R generierten Signale über größere Strecken ermöglicht, als mit einer direkten Verbindung möglich wäre. Ebenfalls werden topographische Hindernisse im zu überwachenden Wald W umgangen.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Gateway-Mesh-Netzwerk 30. Das Gateway- IM es h- Netzwerk 30 weist eine Vielzahl von über den zu überwachenden Wald W verteilt angeordneten ersten Gateways G1 sowie vier Grenz-Gateways BGD auf. Die ersten Gateways G1 sind Frontend-Gateways FGD. Das Gateway-Mesh-Netzwerk 30 ist über die vier Grenz-Gateways BGD mit dem Netzwerk-Server NS verbunden, wobei die Grenz- Gateways BGD mit dem Internet-Netzwerk-Server NS direkt verbunden sind, entweder über eine drahtgebundene Verbindung WN oder über eine drahtlose Verbindung mittels Internetprotokoll IP.

Ein erstes Gateway G1 ist mittels einer Single-Hop-Verbindung MHD direkt mit den direkt benachbart angeordneten ersten Gateways G1 verbunden. Acht erste Gateways G1 sind zusätzlich direkt mit einem der vier Grenz-Gateways BGD verbunden.

Die Verbindung eines ersten Gateways G1 zum Netzwerk-Server NS wird in diesem Ausführungsbeispiel über genau ein Grenz-Gateway BGD hergestellt und umfasst wie im vorhergehenden Ausführungsbeispiel (s. Fig. 3) weniger Gateways BGD als mit dem Gateway-Mesh-Netzwerk 30 verbunden sind. Die Multi-Hop-Verbindung eines ersten Gateways G1 zum Netzwerk-Server NS mit zwei oder mehr Hops zwischen den ersten Gateways G1 ist ebenfalls derart gewählt, dass sie die kürzeste Multi-Hop-Verbindung zwischen einem ersten Gateway G1 und dem Netzwerk-Server NS ist. Die ersten Gateways G1 weisen ebenso eine Repeater-Funktion bei drahtgebundenen Verbindungen und/oder eine Relay-Funktion bei Funkverbindungen auf.

Eine Detailansicht eines Ausführungsbeispiels eines Gateway-Mesh-Netzwerk 30 zeigt Fig.

4. Das Gateway-Mesh-Netzwerk 30 weist eine Vielzahl von über den zu überwachenden Wald W verteilt angeordneten ersten Gateways G1 sowie zwei Grenz-Gateways BGD auf. Das Gateway-Mesh-Netzwerk 30 ist über die beiden Grenz-Gateways BGD mit dem Netzwerk-Server NS verbunden, wobei die Grenz-Gateways BGD mit dem Internet- Netzwerk-Server NS über eine drahtlose Verbindung mittels Internetprotokoll IP direkt verbunden sind.

Fig. 5a zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Waldbrandfrüherkennungssystem 1 angeordnet in dem zu überwachenden Wald W. Das Waldbrandfrüherkennungssystem 1 weist ein Endgeräte-Mesh-Netzwerks 20 (s. Fig. 2) sowie ein Gateway-Mesh-Netzwerk 30 (s. Fig. 3) auf, die zusammen das Mesh-Gateway- Netzwerk 1 bilden. Die Frontend-Gateways FGD und die Grenz-Gateways BGD sind untereinander über ein vermaschtes Multi-Hop-Netzwerk MHF verbunden, so dass ein Frontend-Gateway FGD keine direkte Verbindung zum Internet-Netzwerk-Server NS aufweist.

Ein Endgerät ED ist mittels einer Single-Hop-Verbindung FSK mit mindestens einem weiteren Endgerät ED verbunden. Mitteilungen, z.B. Messdaten, werden vom Endgerät ED als Datenpaket drahtlos mittels einer Single-Hop-Verbindung FSK über LoRa (Zirpenfrequenzspreizungsmodulation) oder Frequenzmodulation an mindestens ein weiteres Endgerät ED weiter geleitet.

Die Kommunikationsverbindung von einem Endgerät ED zum Internet-Netzwerk-Server NS verläuft über eine Multi-Hop-Verbindung zwischen dem Endgerät ED, das ein Signal zur Weiterleitung an den Internet-Netzwerk-Server NS generiert, an ein Front-End-Gateway FGD versendet und von dem Front- End-Gateway FGD empfangen. Das Signal wird dann zu einem oder weiteren Front- End-Gateway FGD gesendet, von ihm empfangen und zu einem Grenz-Gateway BGD weitergeleitet, von dem das Signal zum Internet- Netzwerk- Server NS weitergeleitet wird.

Ein erstes Gateway G1 weist dazu eine erste Frontend-Gateway-

Kommunikationsschnittstelle auf. Mittels der erste Frontend-Gateway- Kommunikationsschnittstelle werden Mitteilungen des Endgerätes ED empfangen und weitergeleitet. Ein erstes Gateway G1 weist außerdem eine weitere zweite Frontend- Gateway-Kommunikationsschnittstelle zur Kommunikation mit einem anderen ersten Gateway G1 und/oder einem zweiten Gateway G2 auf. Ein zweites Gateway G2 weist ebenfalls eine zweite Grenz-Gateway-Kommunikationsschnittstelle zur Kommunikation mit einem ersten Gateway G1 auf, sowie eine erste Grenz-Gateway- Kommunikationsschnittstelle zur Kommunikation mit einem Netzwerk-Server. Erste G1 und zweite Gateways G2 weisen wie die Endgeräte ED jeweils eine autarke Energieversorgung auf.

Fig. 5b zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Waldbrandfrüherkennungssystem 1 angeordnet in dem zu überwachenden Wald W. Das Waldbrandfrüherkennungssystem 1 weist ein Relay-Mesh-Netzwerks 25 (s. Fig. 2b) sowie ein Gateway-Mesh-Netzwerk 30 (s. Fig. 3) auf, die zusammen das Mesh-Gateway- Netzwerk 1 bilden. Die Frontend-Gateways FGD und die Grenz-Gateways BGD sind untereinander über ein vermaschtes Multi-Hop-Netzwerk MHF verbunden, so dass ein Frontend-Gateway FGD keine direkte Verbindung zum Internet-Netzwerk-Server NS aufweist.

Ein Endgerät ED (in Fig. 5b nicht dargestellt) ist mittels einer Single-Hop-Verbindung FSK mit mindestens einem Relay R verbunden. Ein Relay R ist über eine Single-Hop- Verbindung FSK mit mindestens einem weiteren Relay R und über eine Multi-Hop- Verbindung mit mindestens einem weiteren Relay R verbunden. Mitteilungen, z.B. Messdaten von einem Endgerät ED, werden vom Relay R als Datenpaket drahtlos mittels einer Single-Hop-Verbindung und/oder eine Multi-Hop-Verbindung FSK über LoRa (Zirpenfrequenzspreizungsmodulation) oder Frequenzmodulation an mindestens ein weiteres Relay R weitergeleitet.

Die Kommunikationsverbindung von einem Endgerät ED zum Internet-Netzwerk-Server NS verläuft über eine Multi-Hop-Verbindung zwischen dem Endgerät ED, das ein Signal zur Weiterleitung an den Internet-Netzwerk-Server NS generiert, an ein Relay R versendet und von dem Relay R empfangen. Das Signal wird dann zu einem oder weiteren Relays R gesendet, von diesen empfangen und über ein erstes Gateway G1 zu einem Grenz- Gateway BGD weitergeleitet, von dem das Signal zum Internet-Netzwerk-Server NS weitergeleitet wird.

Ein Relay R weist dazu eine Kommunikationsschnittstelle auf. Mittels der Kommunikationsschnittstelle werden von einem Endgerät ED oder einem Relay R empfangene Mitteilungen des Relays R, insbesondere Messdaten, als Datenpaket drahtlos mittels einer Single-Hop-Verbindung FSK über LoRa (Zirpenfrequenzspreizungsmodulation) oder Frequenzmodulation an mindestens ein weiteres Relay R weitergeleitet. Ein erstes Gateway G1 weist dazu eine erste Frontend- Gateway-Kommunikationsschnittstelle auf. Mittels der erste Frontend-Gateway- Kommunikationsschnittstelle werden Mitteilungen des Endgerätes ED empfangen und weitergeleitet. Ein erstes Gateway G1 weist außerdem eine weitere zweite Frontend- Gateway-Kommunikationsschnittstelle zur Kommunikation mit einem anderen ersten Gateway G1 und/oder einem zweiten Gateway G2 auf. Ein zweites Gateway G2 weist ebenfalls eine zweite Grenz-Gateway-Kommunikationsschnittstelle zur Kommunikation mit einem ersten Gateway G1 auf, sowie eine erste Grenz-Gateway- Kommunikationsschnittstelle zur Kommunikation mit einem Netzwerk-Server. Erste G1 und zweite Gateways G2 weisen wie die Endgeräte ED jeweils eine autarke Energieversorgung auf.

Eine Detailansicht eines erfindungsgemäßen Waldbrandfrüherkennungssystems 10 zeigt Fig. 6a, angeordnet im zu überwachenden Wald W. Das Waldbrandfrüherkennungssystem 10 weist eine Mehrzahl von mit Sensoren bestückten Endgeräten ED auf, wobei jeweils acht Endgeräte ED über eine Single-Hop-Verbindung FSK mit einem Gateway G1 kommunizieren. Die Gateways G1 sind Frontend-Gateways FGD. Die Frontend-Gateways FGD sind untereinander sowie mit Grenz-Gateways BGD verbunden. Die Grenz-Gateways BGD sind mit dem Internet-Netzwerk-Server NS verbunden, und zwar über eine drahtgebundene Verbindung WN oder über eine drahtlose Verbindung mittels Internetprotokoll IP.

Eine Detailansicht eines erfindungsgemäßen Waldbrandfrüherkennungssystems 10 zeigt Fig. 6b, angeordnet im zu überwachenden Wald W. Das Waldbrandfrüherkennungssystem 10 weist eine Mehrzahl von mit Sensoren bestückten Endgeräten ED (nicht in Fig. 6b dargestellt) auf, die jeweils mit mindestens einem Relay kommunizieren. Jeweils acht Relays R kommunizieren über eine Single-Hop-Verbindung FSK mit einem Gateway G1. Die Gateways G1 sind Frontend-Gateways FGD. Die Frontend-Gateways FGD sind untereinander sowie mit Grenz-Gateways BGD verbunden. Die Grenz-Gateways BGD sind mit dem Internet-Netzwerk-Server NS verbunden, und zwar über eine drahtgebundene Verbindung WN oder über eine drahtlose Verbindung mittels Internetprotokoll IP.

Fig. 7a zeigt schematisch eine Ausführungsform des LoRaWAN-Netzwerks 1 , in das das erfindungsgemäße Waldbrandfrüherkennungssystems 10 integriert ist. In diesem Ausführungsbeispiel sind Front-End-Gateways FGD und Grenz-Gateways BGD in einem Gerät zusammengefasst.

Diese Mesh-Gateways MDGn sind eine Kombination der Front-End-Gateways FGDn und der Grenz-Gateways BGD. Die Mesh-Gateways MDGn unterhalten sich mittels Multi-Hop- Funknetzwerk MHF untereinander und mindestens ein Mesh-Gateway MDG ist über das Standard-Internetprotokoll IP über eine Kabelverbindung WN mit dem Netzwerk-Server NS verbunden.

Das Endgerät EDn muss nicht ein permanent aktives Download-Receive-Fenster besitzen und daher nicht ständig aktiv sein. Der Stromverbrauch wird vermindert und die Einsatzdauer der Endgeräte EDn werden somit erhöht. Fig. 7b zeigt schematisch eine Ausführungsform des LoRaWAN-Netzwerks 1 , in das das erfindungsgemäße Waldbrandfrüherkennungssystems 10 integriert ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Front- End-Gateways FGD und ein Grenz-Gateways BGD in einem Gerät zusammengefasst.

Dieses Mesh-Gateway MDG ist eine Kombination der Front-End-Gateways FGDn und der Grenz-Gateways BGD. Die Mesh-Gateways MDGn unterhalten sich mittels Multi-Hop- Funknetzwerk MHF untereinander und mindestens ein Mesh-Gateway MDG ist über das Standard-Internetprotokoll IP über eine Kabelverbindung WN mit dem Netzwerk-Server NS verbunden.

Die Kommunikation von einem Endgerät ED1 , ED2, ED3, EDn erfolgt hier mit Hilfe von Multi-Hop-Verbindungen über mehrere Relays R1 , R2, R3, R4, R5, R6, R7, Rn zu dem Mesh-Gateway MDG und von dem Mesh-Gateway MGD zum Netzwerkserver NS. Optional bilden die Relays R1 , R2, R3, R4, R5, R6, R7, Rn hier ein Mesh-Relay-Netzwerk. Das Endgerät EDn muss nicht ein permanent aktives Download-Receive-Fenster besitzen und daher nicht ständig aktiv sein. Der Stromverbrauch wird vermindert und die Einsatzdauer der Endgeräte EDn werden somit erhöht.

Fig. 8a zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform des LoRaWAN-Netzwerks 1 , in das das erfindungsgemäße Waldbrandfrüherkennungssystems 10 integriert ist. Das Netzwerk 1 weist eine Mehrzahl von Sensoren ED auf, die über eine Single-Hop- Verbindung FSK teilweise miteinander und teilweise mit Frontend-Gateways FGD verbunden sind. Die Frontend-Gateways FGD sind untereinander verbunden sowie teilweise mit Grenz-Gateways BGD. Ein Grenz-Gateway BGD kann auch mit einem Frontend-Gateway FGD zu einer Mesh-Gateway-Vorrichtung MDG in einem Gerät kombiniert sein. Die Grenz-Gateways BGD sind mit dem Internet-Netzwerk-Server NS über eine drahtlose Verbindung mittels Internetprotokoll IP verbunden. Die Frontend-Gateways FGD und die Grenz-Gateways BGD sind untereinander über ein vermaschtes Multi-Hop-Netzwerk MHF verbunden, so dass ein Frontend-Gateway FGD keine direkte Verbindung zum Internet-Netzwerk-Server NS benötigt. Dadurch wird eine Reichweitenverlängerung von LoRaWAN-Netzwerken erreicht, indem ein Multi-Hop- Netzwerk mittels Frontend-Gateways FGD zwischenschaltet ist und somit eine vollständige Komptabilität zur LoRaWAN-Spezifikation erreicht.

Fig. 8b zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform des LoRaWAN-Netzwerks 1 , in das das erfindungsgemäße Waldbrandfrüherkennungssystems 10 integriert ist. Das Netzwerk 1 weist eine Mehrzahl von in Endgeräten ED verbauten Sensoren auf, die über eine Single-Hop-Verbindung FSK teilweise miteinander und teilweise mit Relays R1 , R2, R3, R4, Rn kommunizieren. Die Relays R R1 , R2, R3, R4, Rn kommunizieren teilweise untereinander und teilweise mit Frontend-Gateways FGD. Die Frontend-Gateways FGD sind untereinander verbunden sowie teilweise mit Grenz-Gateways BGD. Ein Grenz- Gateway BGD kann auch mit einem Frontend-Gateway FGD zu einer Mesh-Gateway- Vorrichtung MDG in einem Gerät kombiniert sein. Die Grenz-Gateways BGD sind mit dem Internet-Netzwerk-Server NS über eine drahtlose Verbindung mittels Internetprotokoll IP verbunden.

Die Frontend-Gateways FGD und die Grenz-Gateways BGD sind untereinander über ein vermaschtes Multi-Hop-Netzwerk MHF verbunden, so dass ein Frontend-Gateway FGD keine direkte Verbindung zum Internet-Netzwerk-Server NS benötigt. Dadurch wird eine Reichweitenverlängerung von LoRaWAN-Netzwerken erreicht, indem ein Multi-Hop- Netzwerk mittels Frontend-Gateways FGD zwischenschaltet ist und somit eine vollständige Komptabilität zur LoRaWAN-Spezifikation erreicht.

Fig. 9a zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform des LoRaWAN-Netzwerks 1 , in das das erfindungsgemäße Waldbrandfrüherkennungssystems 10 integriert ist. Front-End- Gateways FGD und Grenz-Gateways BGD sind in einem Gerät zusammengefasst. Diese Mesh-Gateways MDGn bestehen aus einer Kombination der Front-End-Gateways FGDn und der Grenz-Gateways BGDn. Die Mesh-Gateways MDGn unterhalten sich mittels Multi- Hop-Funknetzwerk MHF untereinander und mindestens ein Mesh-Gateway MDG ist über das Standard-Internetprotokoll IP mit dem Netzwerk-Server NS verbunden. Fig. 9b zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform des LoRaWAN-Netzwerks 1 , in das das erfindungsgemäße Waldbrandfrüherkennungssystems 10 integriert ist. Front-End- Gateways FGD und Grenz-Gateways BGD sind in einem Gerät zusammengefasst. Die Relays R1 , R2, R3, R4, R5, R6, R7, Rn unterhalten sich mittels Multi-Hop-Funknetzwerk FSK untereinander und mit mindestens einem Mesh-Gateway MDG, das wiederum über das Standard-Internetprotokoll IP mit dem Netzwerk-Server NS verbunden ist.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 M es h- Gateway- N etzwe rk

10 Waldbrandfrüherkennungssystem

20 Endgeräte-Netzwerk

25 Relay-Mesh-Netzwerk

30 Gateway-Netzwerk

ED, ED1, ED2, ED3, Endgeräte/Sensoren

ED4, ED5, ED6, ED7, EDn

G1 Erstes Gateway

G2 Zweites Gateway

NS Internet-Netzwerk-Server

IP Internetprotokoll

BGD, BGD1, BGD2, Grenz-Gateways BGDn

FGD, FGD1, FGD2, Front- End-Gateways

FGD3, FGD4, FGDn

MHF Multi-Hop-Funknetzwerk

MGD, MGD1, Mesh-Gateways

MGD2, MGD3,

MGD4, MGD5,

MGD6, MGD7,

MDGn

R, R1, R2, R3, R4, Relay

R5, R6, R7, Rn

FSK Verbindung mittels FSK-Modulation

WN Drahtgebundene Verbindung w Wald