Entwurf und Implementierung eines Systems zur drahtlosen Erfassung der Position von Rennfahrzeugen

Einleitung

Kommunikation in drahtlosen Netzwerken muss koordiniert werden um Kollisionen zu vermeiden bzw. zu minimieren. Insbesondere in zeitkritischen System und/oder solche mit bekannten Verkehrsmustern ist eine Einteilung der zur Verfügung stehenden Zeit in Zeitschlitze möglich (sog. Time DivisionMultiple Access oder TDMA). Systeme dieser Art haben den Vorteil, dass sie einfach zu berechnen sind und Zustelllatenzen garantieren können. Problematisch ist es jedoch eine gemeinsame Zeitbasis für alle Knoten zu schaffen.

Die Formula Student Germany (FSG) richtet jährlich einenWettbewerb für Studenten aus, in dem es um die Konstruktion, den Bau, die Vermarktung sowie das Fahren von einsitzigen Rennfahrzeugen mit freistehenden Rädern (sog. Formelfahrzeuge) geht. Die Fahrzeuge der universitären Teams treten dabei auf einem Rundkurs gegen die Uhr an. Um den Zuschauern einen besseren Überblick über die zum Teil nicht einsehbare Strecke zu geben, ist eine zeitnahe Erfassung und Darstellung der Positionen der Rennfahrzeuge notwendig. Die Fahrzeuge sollen zu diesem Zweck mit GPS Empfängern ausgestattet werden und ihre Position regelmäßig drahtlos an eine zentrale Stelle übertragen. Dort sollen die Fahrzeugpositionen auf einem Bildschirm dargestellt werden. In der Praxis wird nicht jedes Fahrzeug mit einem GPS Empfänger ausgestattet werden. Diese werden vor dem jeweiligen Rennen an dem Fahrzeug befestigt und anschließend wieder entfernt.

Aufgabenstellung

Im Rahmen dieser Arbeit sollen zunächst die Anforderungen des Szenarios analysiert und formalisiert werden. Anschließend sind die fundamentalen Begrenzungen aufzuzeigen und ein Systementwurf zu erstellen. Die Positionen der Fahrzeuge sollen dabei so oft wie möglich (mindestens ein mal pro Sekunde) an die zentrale Stelle übertragen werden. Zur Anpassung an die Größe der Strecke sind im Systementwurf sog. Repeater vorzusehen. Das Zeitverhalten sowie die sich daraus ergebende maximale Frequenz an übertragenen Positionen ist zu errechnen.

Anschließend ist ein TDMA-basiertes Medienzugriffsverfahren zu entwerfen oder ein bestehender Entwurf anzupassen. Die Knoten werden dabei extern über den Pulse Per Second (PPS) eines GPS Empfängers synchronisiert. Das entworfene System ist in Contiki auf der INGA Plattform zu implementieren und zu testen. Anschließend ist als Anwendung der eingangs beschriebene Usecase zu realisieren. Die Implementierung ist geeignet zu dokumentieren sowie zu testen. Nach Möglichkeit sind zudem Informationen weiterer Sensoren wie bsp. dem Beschleunigungssensor abzutasten und zu übertragen.

Abschließend ist die Umsetzung zu evaluieren. Hierbei steht insbesondere die erreichbare Frequenz von Fahrzeugpositionen pro Sekunde im Vordergrund.