Softwareentwicklungspraktikum - Implicit situation awareness

Motivation

Netze aus drahtlos kommunizierenden Sensorknoten (Wireless Sensor Nets - WSNs) können Messdaten aus einer überwachten Region bereitstellen. Ein Sensorknoten nimmt Daten zu Umgebungsparametern auf und publiziert diese. Hierzu verfügt ein Sensorknoten in der Regel über einen oder mehrere Sensoren, die verschiedene Physikalische Phänomene aufnehmen können. Typische Beispiele sind die Temperatur, Helligkeit, Luftfeuchtigkeit oder auch komplexere Datenströme wie Audio bzw. Video.
Auch ohne diese speziellen Sensoren, kann ein drahtloser Knoten aber bereits Informationen über seine Umwelt ermittlen. Schwankungen in dem Kommunikationskanal zwischen zwei Knoten können beits Hinweise auf veränderte Umweltparameter geben (z.B. Anzahl an Personen in einem Raum, Geöffnete Türen oder Fenster, Verwendung von Wlan oder GSM/UMTS). Es ist daher möglich, dass ein Netz kommunizierender Knoten, die nicht zusätzlich mit Sensoren ausgestattet sind, für die Erkennung von komplexen Situationen (Besprechung, Raum ungenutzt) verwendet wird. Hierzu werden die beobachteten Effekte auf einem Kommunikationskanal analysiert und bezüglich vorliegenden Situationen klassifiziert.

• Präsentationsfolien zum SEP 2010

Verwendete Hard- und Software

USRP Software defined radio

Das 'Universal Software Radio Peripheral' (USRP) ist ein Board zur Entwicklung von Kommunikationssoftware direkt über einen gewöhnlichen PC. Verschiedene Tochterboards können angesprochen werden, die die Übertragung auf verschiedensten Frequenzen ermöglichen.
Für die Entwicklung gibt es somt keine Einschränkungen bezüglich Frequenz, verwendeter Modulation, Kodierung oder Nachrichtenformat.
Über eine USB-Schnittstelle kann das USRP von einem Rechner aus gesteuert, sowie die empfangenen Daten ausgewertet werden.

GNU radio

Die USRP-Platform kann über die GNU Radio software angesprochen und gesteuert werden. Mit Hilfe von GNU radio soll es einem Programmierer mit vergleichsweise geringen Vorkenntnissen auf dem Bereich der Funkübertragung ermöglicht werden, das Frequenzspektrum auf intelligente Weise zu nutzen.
Durch eine umfangreiche Dokumentation zum Zusammenspiel mit der USRP-Hardware wird der Einstieg zum Programmieren eines software defined radio erleichtert.
Wir verwenden das Gnu radio companion (GRC) zur Definition des Signalflusses eingehender und ausgehender Signale. Das GRC ist ein intuitives Workbench mit zahlreichen vorgefertigten Blöcken, welches eine einfache Definition eines Signalflusses auch mit geringen Vorkenntnissen erlaubt. Der hieraus generierte Python-code kann daraufhin in Applikationen eingebunden werden und durch die eigentliche Programm-Logik erweitert werden.

Aufgabenstellung

Im Rahmen des SEP im Sommersemester 2010 wird eine Anwendung entwickelt, die Situationen anhand von geänderten Kanalcharakteristika unterscheiden kann. Für die Implementierung werden die am Lehrstuhl vorhandenen USRP software defined radio genutzt. Die Implementierung erfolgt voraussichlich in Python. Teilweise vorhandene Implementierungen von Signalflüssen werden mit Hilfe des GNU radio companion an den konkreten Anwendungsfall angepasst.

Die fertige Implementierung soll

• Eine graphische Oberfläche enthalten, die die Anzeige verschiedener Kanalcharakteristika uns Statistiken für einzelne Knoten in einem Netzwerk erlaubt
• Die aus den Signalschwankungen ermittelten Situationen (korrekt) anzeigen (Die Implementierung für drei konkrete Situationen wird von jeder Gruppe umgesetzt)
• Eine manuelle Annotation von Situationen ermöglichen.
• Messdaten, annotierte und klassifizierte Situationen und Statistiken speichern und wieder laden können

Organisatorisches

• Sämtliche Abgaben (abgesehen von Quellcodes) bitte per Email (sigg@ibr.cs.tu-bs.de) abgeben.
• Zudem ist eine entsprechende Version sowie der Quellcode im SVN abzulegen
• Eine Mailingliste zum SEP wird eingerichtet.

SEP Dokumente

• Präsentationsfolien zum SEP 2010
• SEP'10 Lastenheft implicit situation awareness