Entwicklung und Implementierung eines Verfahrens zur Zeitsynchronisierung in drahtlosen Sensornetzen

Mit Hilfe von drahtlosen Sensornetzen können in unterschiedlichen Einsatzgebieten verschiedenste Daten aufgenommen werden. Die einzelnen Sensorknoten können mit diversen Messaufnehmern ausgestattet sein, sie verfügen jedoch nur über beschränkte Ressourcen in Hinblick auf Rechenleistung und Energiekapazität. Mögliche Anwendungsgebiete sind z.B. die Überwachung von Industrieprozessen oder auch Body-Aerea-Networks, die zur Gesundheitsüberwachung von Patienten dienen.

Für die spätere Verarbeitung und Auswertung der aufgenommenen Daten ist es wichtig, die einzelnen Datensätze mit einen genauen Zeitstempel zu versehen.

Die Sensordaten können von verschiedenen Knoten im Netzwerk aufgenommen werden und werden anschließend unter Umständen über mehrere weitere Knoten, die ebenfalls Daten aufnehmen, zu einer zentralen Nachrichtensenke weitergeleitet. Bei diesen sogenannten Multihop-Netzen, bei denen die Nachrichten über mehrere Instanzen geleitet werden, reicht das Vorhandensein einer Echtzeituhr an der Nachrichtensenke, nicht aus – es sind also Uhren auf den einzelnen Sensorknoten erforderlich. Aus naheliegenden Gründen ist es nötig, dass diese verteilten Uhren eine gemeinsame Zeitbasis haben und synchron laufen.

Ziel dieser Studienarbeit ist es, Uhren auf Sensorknoten in einem drahtlosen Multihop-Sensornetz zu implementieren und zu synchronisieren. Als Zeitbasis soll dazu ein NTP-Server dienen, der auf einer zentralen Nachrichtensenke läuft und der unter Umständen anzupassen ist. In diesem Zusammenhang ist es nötig, zunächst vorhandene Konzepte zur Synchronisierung zu analysieren und mit Hinblick auf den Einsatz in drahtlosen Sensornetzen zu bewerten. Ferner sollte eine geeignete Architektur zur „Zeitverteilung“ überlegt und begründet werden; dabei sind insbesondere die bei drahtlosen Sensorknoten beschränkten Ressourcen zu berücksichtigen.

Bei der Implemetierung soll bei dieser Arbeit das Contiki-Betriebsystem auf der Atmel-RAVEN-Plattform zum Einsatz kommen, welches in einem ersten Arbeitsschritt auf den Sensorknoten zu installieren ist. Es stellt bereits grundlegende Möglichkeiten zur Kommunikation und zur Zeitmessung zur Verfügung. In einer abschließenden Evaluation ist die Funktionsfähigkeit und Praktikabilität des gewählten Ansatzes auf den Sensorkonten zu zeigen.

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