TU BRAUNSCHWEIG
| Carl-Friedrich-Gauß-Fakultät | Informatik
Informatikzentrum
REAP

Robuste, energieeffiziente drahtlose Sensornetze für realistische Außeneinsatzszenarien durch Adaption von Betriebs-Parametern


Die Einsatzmöglichkeiten von drahtlosen Sensornetzen sind ebenso vielfältig wie herausfordernd. So dienen z.B. in der Landwirtschaft verteilte Sensoren zur Überwachung des Pflanzenwachstums oder zur Bodenanalyse. Hier ist die Robustheit - sowohl der einzelnen Sensorknoten als auch des gesamten Sensornetzes - essentiell für eine erfolgreiche Projektdurchführung bzw. für diverse "Smart Farming"-Ansätze. Dabei haben nahezu alle Umwelteinflüsse auch einen direkten oder indirekten Einfluss auf die Lebensdauer der Knoten bzw. des Netzes; zusätzlich treten in Outdoor-Szenarien starke Schwankungen dieser Umgebungsbedingungen auf. So werden bspw. bedingt durch Sonneneinstrahlung auf einzelnen Sensorknoten Temperaturunterschiede von bis zu 56°C innerhalb eines Tages erreicht, wobei sich außerdem eine starke Heterogenität der Temperaturen zwischen den einzelnen Knoten eines Netzes zeigt.

Um einen längerfristigen Einsatz zu ermöglichen, sollte ein Sensornetz, das solchen Umweltbedingungen unterliegt, besonders robust gegenüber diesen sein und insbesondere die Energieversorgung der einzelnen Knoten gewährleisten. Robustheit wird dabei unter anderem durch eine weitestmögliche Verringerung des Energiebedarfs bzw. Anpassung des Bedarfs an die Erzeugung (oder umgekehrt) erreicht. Des Weiteren können auch einzelne Funktionen (bspw. Aufnehmen, Speichern und Verarbeiten von Daten) - zum einen auf einzelnen Knoten und zum anderen innerhalb des Netzes - zeitlich und örtlich an die jeweiligen Umwelt- und damit Energiebedingungen angepasst und einzelne Aufgaben verschoben werden. Insbesondere in Outdoor-Szenarien ergibt sich dadurch die Situation dass a) manche Knoten aufgrund ihrer aktuellen Temperatur und ihrer individuellen Eigenschaften energieeffizienter als andere Knoten arbeiten können (Heterogenität im Netz) und b) sich ändernde Umgebungsbedingungen (bspw. Sonne/Schatten oder Tag/ Nacht) zu einer dynamischen Veränderung der Energieeffizienz einzelner Knoten oder des gesamten Netzes führen. Auch die Möglichkeiten des Energy-Harvestings unterliegen einer Dynamik.

Durch die kontinuierliche Beobachtung der Umwelt lässt sich Nutzen aus dieser Dynamik ziehen. Realistische Energie- und Zuverlässigkeitsmodelle (hier abgeleitet aus Messwerten) können zusammen mit Informationen über die im Netz befindlichen Knoten auch für Entscheidungen bei der Wegewahl, Aufgabenverteilung und Bearbeitung innerhalb des Netzes genutzt werden. Durch Prädiktion der Umgebungsvariablen lassen sich zusätzlich geeignete Zeitpunkte für rechenintensive Operationen oder für Datenweiterleitung in verzögerungstoleranten Netzen bestimmen. Dafür werden spezifische Scheduler und Routing-Protokolle entwickelt, welche den robusten Betrieb des dynamischen Einflüssen ausgesetzten Sensornetzes ermöglichen. Eine kontinuierliche Evaluation erfolgt in realen Umgebung.

Veröffentlichungen

Projektmitglieder am IBR

NameEMailTelefonRaum
Dr. Ulf Kulaukulau[[at]]ibr.cs.tu-bs.de
Robert Hartunghartung[[at]]ibr.cs.tu-bs.de+49 531 3913264115
Dr. Felix Büschingbuesching[[at]]ibr.cs.tu-bs.de+49 531 3913289132
Prof. Dr.-Ing. Lars Wolfwolf[[at]]ibr.cs.tu-bs.de+49 531 3913288138

Studentische Arbeiten

TitelArtBetreuerStatus
MikroprozessorlaborHiWi JobRobert Hartung, Yannic Schröder, Georg von Zengenoffen
Battery modelling with respect to temperatureBachelorarbeit, Masterarbeit, ProjektarbeitRobert Hartungoffen
Risk-oriented Task Scheduling for Wireless Sensor NodesBachelorarbeit, Masterarbeit, ProjektarbeitDr. Ulf Kulauoffen
Online Modellbildung auf drahtlosen Sensorknoten unter Energie- und SpeicherplatzgesichtspunktenMasterarbeitRobert Hartunglaufend
RPL Objective Function to optimize the lifetime of Wireless Sensor NetworksMasterarbeitRobert Hartunglaufend
Porting IdealVolting to the RIOT Operating System with respect to utilizing low power managementProjektarbeitRobert Hartung, Dr. Ulf Kulauabgeschlossen
Development of a battery test card to measure temperature effects on batteriesMasterarbeitRobert Hartungabgeschlossen
Optimierung, Parallelisierung und Erweiterung des COOJA-SimulatorsTeamprojektarbeitRobert Hartungabgeschlossen
Entwicklung eines Micro-Source-Energy-Harvesters für SensorknotenMasterarbeitDr. Ulf Kulauabgeschlossen
Evaluation von transienten Knotenausfällen im FIT/IoT-LabBachelorarbeit, ProjektarbeitDr. Ulf Kulauabgeschlossen
Datenerhebung von IEEE 802.15.4 Radios unter verschiedenen TemperatureinflüssenBachelorarbeitDr. Ulf Kulau, Robert Hartungabgeschlossen
An adaptive prediction approach for low power WSNMasterarbeitDr. Ulf Kulauabgeschlossen
Abhärtung des RPL-Protokolls gegen transiente KnotenausfälleMasterarbeitDr. Ulf Kulauabgeschlossen
Energy Harvesting für Sensorknoten unter Nutzung der BodentemperaturBachelorarbeitDr. Ulf Kulauabgeschlossen

Bei Interesse an einer Studien-, Diplom-, Bachelor-, Master- oder sonstiger Arbeit im Bereich dieses Projekts bitte einfach Dr. Ulf Kulau kontakieren.

Sonstiges

Förderung

DFG Dieses Forschungsvorhaben wird unter der Fördernummer BU 3282/2-1 durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.


aktualisiert am 01.02.2017, 12:50 (dynamischer Inhalt) von Dr. Ulf Kulau
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