Einleitung und Motivation (Auszug Exposé)

Frühere Arbeiten haben gezeigt, dass die Überwachung der Lagerung von Kartoffeln durch kabellose Sensorknoten eine Herausforderung darstellt. Dazu gehört das Sammeln von Sensordaten, wie zum Beispiel Luftfeuchtigkeit und Temperatur. Im Gegensatz zu herkömmlichen Ansätzen werden die Sensorknoten hierbei innerhalb der Kisten, in denen die Kartoffeln gelagert werden, platziert. Bei herkömmlichen Systemen werden die Daten nur in der obersten Schicht der Kartoffeln oder außerhalb der gelagerten Kartoffeln gemessen. Durch die Kenntnis der Bedingungen innerhalb der Kartoffelkisten hat der Landwirt eine bessere Entscheidungsbasis, um die Belüftung der Kartoffeln zu steuern. Eine möglichst optimierte Belüftung ist notwendig, da sich bei zu schwacher Luftzufuhr Fäulnis bilden kann und bei zu starker Belüftung zu viel Wasser aus der Kartoffel verdunstet. Bei einer zu starken Verdunstung sinkt das Gewicht der Kartoffeln und somit auch der Preis, der nach der Lagerung für die Kartoffeln bezahlt wird.

Im Wassergehalt der Kartoffeln liegt die Hauptherausforderung für die Realisierung eines Netzes aus drahtlosen Sensorknoten. Gernert et al. haben gezeigt, dass sich eine Funküber- tragung bei 433 Mhz am besten eignet, um Daten durch Kartoffeln zu übertragen. Hierbei wurde nicht nur die jeweilige Signaldämpfung betrachtet, sondern auch berücksichtigt, dass nur Frequenzen aus dem ISM-Band verwendet werden, um günstige Radios verwenden zu können.

Zusätzlich zu der Datenübertragungen müssen auch Faktoren wie zum Beispiel Energieverbrauch des Knoten und Robustheit der Software betrachtet werden. Da die Knoten komplett autonom operieren und nur durch Batterien mit Energie versorgt werden, ist es für eine möglichst lange Lebensdauer wichtig, dass der Knoten energiesparend arbeitet. Des weiteren ist eine Wartung des Knotens nicht möglich, da hierfür die jeweilige Kartoffelkiste ausgelagert werden müsste.

Aufgabenstellung

In dieser Masterarbeit soll ein Sensorknoten für die Erfassung von Temperatur und Luftfeuchte in Kartoffellagern sein. Die Kartoffeln werden in Kisten gelagert, sodass die Messwerte aus dem Inneren der Kiste nach außen übermittelt werden müssen.

Die folgende Teilaufgaben sind zu bearbeiten:

• Einarbeitung und Weiterentwicklung des vorhandenen Codes
• Entwicklung eines LoRa-Treibers für Contiki
• Implementierung eines für die Datenübertragung im Kartoffellager optimierten Netzwerkstacks
• Implementierung eines Verfahrens zur Zeitsynchronisation zwischen den Knoten
• Evaluation der Konnektivität und des Energieverbrauchs unter realen Bedingungen

Der Fokus soll auf der Entwicklung des Netzwerkstacks sowie der Evaluation unter realen Bedingungen liegen. Der Netzwerkstack soll gegenüber μDTN eine geringere Komplexität besitzen und den Overhead an zu übertragenen Daten reduzieren. Dies kann beispielsweise durch die Verbesserung des Routings und durch die Reduzierung des Bundleheaders passieren.

Es soll folgende Hypothese überprüft werden: Durch den Einsatz von LoRa, Zeitsynchronisation und einen angepassten Netzwerkstack wird die Reichweite der Sensorknoten gesteigert und ihre Laufzeit verlängert.