Synchrone Datenaufzeichnung in Body-Area-Netzwerken

Einleitung

Body-Area-Networks (BANs) sind ein Beispiel für mobile drahtlose Sensornetze und können unter anderem dazu eingesetzt werden, kontinuierlich Vitalparameter aufzuzeichnen. Im Regelfall werden diese Daten entweder an eine Basisstation gesendet und dort weiterverarbeitet/gespeichert oder aber direkt auf den Sensorknoten gespeichert und zu einem späteren Zeitpunkt ausgelesen.

Wenn mit mehreren Sensoren an verschiedenen Stellen eines (menschlichen) Körpers ähnliche Daten aufgenommen werden sollen, so ist es für die spätere Verwendung der Daten wichtig, dass die Daten synchron aufgenommen und gespeichert, bzw. versendet werden.

Am Institut für Betriebssysteme und Rechnerverbund wurde mit INGA ein drahtloser Sensorknoten für mobile Anwendungen entwickelt, der vom Betriebssystem Contiki unterstützt wird und der für zahlreiche Einsatzgebiete geeignet ist und für diese Arbeit zum Einsatz kommen soll.

Aufgabenstellung

Am Anfang der Arbeit sind zunächst verschiedene Synchronisierungsmethoden genauer zu betrachten und auf ihre Eignung hin zu bewerten: Contiki bietet bspw. mit „Implicit Network Time Synchronization“ ein Feature zum Synchronisieren der Uhren auf allen Knoten. Es kann aber auch sinnvoll sein, ein TDMA-basiertes Funkprotokoll einzusetzen, um den harten zeitlichen Anforderungen gerecht zu werden. Im Projekt GINSENG wurde mit ginMAC bereits ein solches Protokoll umgesetzt, welches sich wohlmöglich anpassen und weiterverwenden lässt.

Umgesetzt werden soll dann ein Szenario, bei dem 3 Sensorknoten an unterschiedlichen Stellen des menschlichen Körpers Daten mit einem Gyroskop aufnehmen. Diese Daten sollen dabei möglichst synchron aufgezeichnet/versendet werden können, wobei die Umsetzung so zu halten ist, dass sie einfach auf eine andere Anzahl an Sensorknoten und andere Messgrößen (bspw. in Kombination mit Accelerometerdaten) angepasst werden kann. Es sind dabei drei unterschiedliche Fälle vorzusehen:

1. Die Aufzeichnung erfolgt unabhängig auf den einzelnen Sensorknoten. Die Daten werden mit einem Zeitstempel geschrieben und können dadurch nach späteren Auslesen auf einem PC synchronisiert werden.
2. Die Aufzeichnung erfolgt auf einem Sensorknoten; die anderen Sensorknoten senden die Daten zu diesem Knoten.
3. Die Aufzeichnung/Weiterverarbeitung findet an einem PC statt und alle Knoten senden die Daten direkt zu diesem PC.Die Aufzeichnung erfolgt unabhängig auf den einzelnen Sensorknoten. Die Daten werden mit einem Zeitstempel geschrieben und können dadurch nach späteren Auslesen auf einem PC synchronisiert werden.

In einer kontinuierlich durchzuführenden Evaluation ist zu zeigen, welche Genauigkeit sich mit dem gewählten Ansatz und in den unterschiedlichen Fällen realisieren lässt.