Umsetzung und Evaluation von Mechanismen zur Optimierung des Energieverbrauchs in drahtlosen Sensorknoten

Einleitung

Der drahtlose Sensorknoten INGA ist im Rahmen einer Projektarbeit am Institut für Betriebssysteme und Rechnerverbund entstanden und wird im Rahmen von mehreren studentischen Arbeiten und Praktika weiterentwickelt und erweitert. Zurzeit verfügt der Sensorknoten über einen Festspannungsregler, welcher den gesamten Sensorknoten mit 3,3 Volt Spannung versorgt. Da gerade der Energieverbrauch ein sehr kritischer Punkt bei drahtlosen Sensornetzen ist, kann eine Optimierung der Versorgungsspannung zur Energieeinsparung dienen und damit die Lebensdauer von einzelnen Netzknoten und damit auch von Sensornetzen erhöhen.

Aufgabenstellung

Im Rahmen dieser Masterarbeit soll zunächst untersucht werden, was für Stromsparmechanismen in eingebetteten Systemen und anderen drahtlosen Sensorknoten zum Einsatz kommen. Dabei ist ein besonderes Augenmerk auf die Versorgungsspannung und den Prozessortakt zu richten, sowie auf Maßnahmen zur kompletten Abschaltung einzelner Komponenten(-Gruppen).

Aufbauend auf diesen Erfahrungen sind geeignete Stromsparmechanismen für eine Weiterentwicklung des INGA-Sensorknotens zunächst theoretisch zu konzeptionieren und anschließend teilweise auch im praktischen Versuch umzusetzen. Es wird davon ausgegangen, dass dafür sowohl Änderungen an der Hardware vorzunehmen sind, als auch entsprechende Funktionalität in Software und Treibern bereitgestellt werden muss. Dabei soll auch ein dynamisches Ändern der Betriebsparameter in Betracht gezogen werden, da es in bestimmten Szenarien in Abhängigkeit von der verbleibenden Restenergie sinnvoll kann, lieber mit geringerer Qualität, dafür aber über einen längeren Zeitraum Daten aufzunehmen und zu versenden.

In selbstgewählten – und an den erwarteten Einsatzbereich der Sensorknoten angelehnten – Szenarien soll das Potential der umgesetzten Lösungen fortlaufend evaluiert werden und die verbesserte Energieeffizienz der gewählten Lösungen gezeigt werden.

Am Ende der Arbeit sollte eine prototypische Umsetzung der gewählten Energiesparmechanismen stehen.

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