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

Entwicklung eines raketenbasierten Systems zur Ausbringung eines drahtlosen Sensornetzes

Betreuer Dr. Ulf Kulau
Georg von Zengen
Stephan Rottmann
Professor Prof. Dr.-Ing. Lars Wolf
Projekt rff
IBR Gruppe CM (Prof. Wolf)
Art Bachelorarbeit, Masterarbeit
Status offen

WSN (Wireless Sensor Network) Nodes sind kleine, batteriebetriebene Rechner mit Sensoren und einer Funkschnittstelle. Diese werden beispielsweise eingesetzt um Umweltbedingungen über einen längeren Zeitraum zu überwachen. Für große Netze bzw. schwer zugängliche Bereiche stellt sich die Frage, wie man diese Knoten verteilt. Ein manuelles Ausbringen, d.h. Personen positionieren die Knoten, ist oft nicht möglich oder sinnvoll:

  • wenn das Gelände schwer/nicht zugänglich ist (Gelände, oder Umweltbedingungen)
  • wenn sehr viele Sensoren verteilt werden müssen
  • wenn das Ausbringen des Sensornetzes zeitkritisch ist
In der Literatur existiert seit langem die Idee, WSNs großflächig durch das Abwerfen aus einem Flugzeug zu verteilen. Auch das ist aber nicht immer ideal: Es bedeutet hohe initiale Kosten. Zudemk können bemannte Flugzeuge nicht immer eingesetzt werden (z.B. Ascheflug durch Vulkanausbruch).

Am IBR wurde das Konzept eines Raketen-basiertes Deployments entwickelt: Mehrere WSN Knoten werden mit einer Modellrakete abgefeuert. Man kann hier auf Einweg Raketen setzen, da das Verfahren sehr skalierbar und die Kosten gering sein sollten. Hierzu wurden bereits einige Demonstrationsexperimente durchgeführt. Es gibt aber noch sehr viel Optimierungsbedarf und umfangreichere Evaluationen, was die zentrale Aufgabe dieser Arbeit darstellt.

Aufgabenstellung

  1. Es muss ein zuverlässiger Auswurfmechanismus entwickelt werden, der sicher stellt, dass alle WSN Knoten die Trägerrakete verlassen. Wenn möglich sollten die Knoten die Rakete so verlassen, dass ein optimales Deployment erreicht werden kann.
  2. Es ist derzeit nicht klar, was das optimale Verhältnis von Raketengröße zur Anzahl der Sensorknoten ist
  3. Die WSN Knoten sind leicht, sodass man sie ohne Fallschirm auswerfen könnte. Vorläufige Experimente zeigen jedoch, dass eine Art Gleitschirm nötig ist um eine sinnvolle Verteilung zu erreichen, wenn eine Rakete mehrere WSN Knoten transportiert. Hier soll also ein geeignetes Gleitsystem für die Knoten entwickelt und getestet werden. Hier könnten sowohl kleine Fallschirme oder Anordnungen wie "Flügelnüsse" aus der Botanik ein Weg zum Ziel sein.
  4. Wie wird eine Rakete angemessen dimensioniert (Treibsatz, Schwerpunkt, Gewicht)
  5. Es müssen ausreichend Messungen/Starts mit WSN Knoten stattfinden, um eine glaubwürdige Aussage darüber zu treffen, wie sich die zu erwartende Verteilung von Knoten darstellt. (Verteilung aufnehmen/messen).

Aktueller Stand: Die bisherigen Versuche verwendeten einfache Papp-Raketen und frei verkäuflichen C oder D Motoren. Das ist absolut ausreichend um WSN Knoten auf eine Höhe von etwa 200m zu bringen. Ob größere oder kleinere Raketen hier sinnvoll sind ist zu klären: Siehe Punkt 3. Ein WSN Knoten wiegt mit kleiner Batterie nur 8-9g. Es mag hier sinnvoll sein im Sinne einer größeren Batterie viellelicht auf bis zu 30 g zu gehen, je nach Möglichkeiten. Es ist noch unklar, ob man die WSN Knoten besser unstrukturiert in die Rakete stopft, oder passende Gehäusekonstruktionen baut. Für den letzteren Fall steht ein 3D-Drucker zur Verfügung, sodass kleinere Konstruktionen schnell getestet werden können.

Das muss besser

Daher wird zur Bearbeitung dieser Aufgabe eine Person gesucht, die im Modellraketenflug bewandert ist. Kenntnisse in Embedded Hardware (AVR) und Software sind hilfreich, aber nicht Voraussetzung. Sollte ein Kandidat auch in dieser Richtung interessiert sein, wäre ein System, welches es erlaubt einzelne WSN Knoten und ggf. Raketen wiederzufinden sehr hilfreich, wie wir leidlich feststellen mussten. Ansätze hierzu könnten eine einfache Funkbarken Funktion oder LED Blitzer sein.


aktualisiert am 09.11.2015, 08:17 von Dr. Sebastian Schildt
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