Titel (deu): Implementierung eines selbst organisierenden drahtlosen Sensornetzwerkes

Autor: Mayerhofer, C. (Christoph)

Beschreibung (deu): St. Pölten, FH-Stg. Computersimulation, Dipl.-Arb., 2007

Beschreibung (deu): Drahtlose Sensornetzwerke (DSNe) bestehen aus einer Vielzahl von kleinen Sensorknoten, welche in der Lage sind eine gewisse Größe (z.B. Temperatur) zu messen und diese in Form eines digitalen Funksignals an ihre Nachbarn zu versenden. DSNe sind sowohl im wissenschaftlichen, medizinischen als auch im militärischen Bereich einsetzbar und ihre Anwendungsmöglichkeiten daher beinahe unbegrenzt. Diese Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Implementierung eines DSNs. Hierzu gehören sowohl das Programmieren einer Betriebsoftware als auch die Entwicklung der Hardware. Zu den beiden Hauptaufgaben der Software zählen das Initialisieren der Hardware und das Routing von Datenpaketen. Der hierfür benutzte Routingalgorithmus wurde von meinem
Studienkollegen Andreas Kos entwickelt und auf seine Funktionalität mit Hilfe von Simulationen getestet. Im ersten Hauptteil meiner Arbeit wird sowohl auf den Routingalgorithmus
als auch auf dessen Implementierung eingegangen. Die theoretischen
Grundlagen werden mit Grafiken (Ablaufdiagramme, etc.) und Codebeispielen verdeutlicht. Der zweite Hauptteil der Arbeit beschäftigt sich mit der Hardware der Sensorknoten. Hier werden die einzelnen Bauteile, deren Funktion sowie die Kommunikation untereinander beschrieben. Des Weiteren beinhaltet dieser Abschnitt Abbildungen von dem Schaltplan sowie dem Layout der Sensorknoten. Abschließend wird ein kurzer
Überblick über die erreichten Ziele, sowie ein Ausblick auf weitere Problemstellungen gegeben.

Ziel dieser Diplomarbeit war die Implementierung eines selbst organisierenden drahtlosen Sensornetzwerkes. Hierzu gehören die Entwicklung der Hardware und der Betriebssoftware für die Sensorknoten. Die Software initialisiert die Hardware der Sensorknoten und ist für das Routing der Datenpakete zuständig. Der hierfür verwendete Routingalgorithmus basiert auf dem Verhalten von Ameisen bei der Futtersuche und hat sich in Simulationen als äußerst robust erwiesen. Strukturänderungen im Netzwerk werden rasch erkannt und führen zu selbsttätigen Anpassungsreaktionen. Des Weiteren
steuert die Software das Energiemanagement der Sensorknoten, da sich diese selbst in
einen stromsparenden Modus versetzen, aus welchem alle Knoten im Netzwerk zeitgleich erwachen müssen. Wird ein Sensorknoten nachträglich in das Netz integriert, so synchronisiert er sich selbständig mit seinen Nachbarn. Die für das Sensornetzwerk entwickelten Knoten sind 14,08 cm2 groß. Ihre Höhe beträgt 4,5 cm. Sie werden mit einer 3 V Batterie versorgt. Während der Routingaktivitäten beträgt die Stromaufnahme der Knoten 19,9 mA. Im stromsparenden Modus wird diese deutlich auf ca. 1 μA abgesenkt. Beim Design der Sensorknoten wurde darauf geachtet, dass ein nachträgliches Anbringen von diversen Sensoren einfach zu realisieren ist. Sowohl die Hardware, als auch das Routingprotokoll erwiesen sich in einem Versuch mit 4 Sensorknoten als voll funktionsfähig.

Beschreibung (eng): The goal of this thesis was the implementation of one self-organised Wireless Sensor Network (WSN). This contains the development of both the sensor node’s hardware and the operating system. The software initialises the sensor nodes’ hardware and is responsible for the datagrams’ routing. The algorithm used for that is based on the behaviour of ants during their forage and has proved to be very robust in simulations. Structure changes in networks are recognised rapidly and cause automatic adjustment reactions. Furthermore the software is controlling the sensor nodes’ energy management as they have to be able to set themselves in power saving mode out of which all nodes in the network have to wake up concurrently. If one sensor node is integrated into the network later, it is synchronising with it’s neighbours autonomously. The nodes developed for the sensor network are 14.08 cm2 big. Their height is 4.5 cm. They are
powered by a 3 Volt battery. During the routing activities the nodes’ power input is 19.9 mA. In power saving mode it can be reduced significantly down to 1 μA. The simple subsequent fixing of new sensors was one more criteria that was considered during the
sensor nodes’ designing process. In an experiment with 4 sensor nodes the hardware as well as the routing protocol proved to be entirely functionally.

Sprache des Objekts: Deutsch

Datum: 2007

Rechte: © Alle Rechte vorbehalten

Klassifikation: Computersimulation; Drahtloses Sensorsystem; Netzwerk

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