Entwicklung und Erprobung eines multifunktionalen Geo ...
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GeoSN UniBwKapitel 4 Kommunikationskomponente eines GeoSNDie Formatierung der Daten wird auch „Quellcodierung“ genannt [69]. Die Quelle codiertdabei ihre Informationen über ein fest vorgegebenes Muster, das in gleicher Form derSenke bekannt sein muss, um die Informationen wiederum decodieren zu können.Die Grundlage digitaler Rechnerdaten ist das Bit, das die kleinste digitale speicherbareInformation darstellt und gemäß dem Binärcode nur die Werte 0 oder 1 annehmen kann.Aus derartigen binären Daten können über eine weitere Codierung mehrere Bits zu Bytes(Zusammenstellung aus 8 Bits) und dann zu Bytestrings kombiniert werden, die verschiedeneInformationen enthalten können. Ist diese Codierung einem entsprechenden Visualisierungsprogrammbekannt, so können die Informationen zum Beispiel über einen Monitorsichtbar gemacht werden.Will ein menschlicher Nutzer digitale Daten, die Textinformationen enthalten, betrachten,so ist es notwendig, sie etwa über die ASCII-Codierung ([72], [75]) in Buchstaben undZahlen darzustellen. Jedes Zeichen umfasst im ASCII-Code eine Datenlänge von 7 Bits[71]. Codierungen finden auch für andere digitale Daten, etwa Bilddaten, statt, wenn diebinären Daten nicht Buchstaben sondern Information zu Position und Farbton eines Bildpixelsenthalten.In der Codierungs-Thematik sind nationale und internationale Normungseinrichtungentätig, wie die amerikanischen Einrichtungen IEEE 20 und ANSI 21 oder das DIN 22 . VomANSI wurde etwa der ASCII-Code entwickelt, der von der DIN um die Umlaute erweitertwurde.Anders als Buchstaben („chars“), die zumeist im ASCII-Code vorliegen, besitzen Zahlenneben ihrer ASCII-Darstellung noch zusätzliche Codierungen, die insbesondere vomComputerhersteller IBM und dem IEEE entwickelt wurden. Diese Codierungen erlaubenes, verschiedene Zahlentypen, wie positive ganze Zahlen (unsigned integer), ganze Zahlen(integer, long, short) oder Kommazahlen (float, single, double) aus einem Bytestring abzuleiten.Die einfachste Form ist dabei die ganzzahlige Zahl unsigned integer, in der sich eine Zahlnach folgender Formel ergibt∑n−1i=0Z = bit ⋅2iiwobei n die Anzahl der Bits des Strings wiedergibt und bit i den binären Wert 0 oder 1 desBits der Position i. Derartige Zahlen werden zumeist in Größen bis 32 Bit wiedergegeben.4-120 IEEE: Institute of Electrical and Electronical Engineers.21 ANSI: American National Standards Institute.22 DIN: Deutschen Institut für Normung.- Seite 50 -
GeoSN UniBwKapitel 4 Kommunikationskomponente eines GeoSNEbenfalls 32 Bit umfasst eine reelle Zahl vom Typ Float, in der sich der Wert mit Hilfevon( )Z = Sign ⋅ 1, mantissaexp−127⋅2Sign = " − " wenn bit 1 ist und " + " wenn bit 0 istmantissa =∑∑23i=1232 32−⋅ ibit23−i31 i−24bit 2i=24 iexp = ⋅errechnen lässt.Hieran zeigt sich, dass einer derartigen Zahlencodierung unbedingt eine zusätzliche Informationin Form einer zweiten Codierung vorausgehen muss, die vorgibt, ob ein zu untersuchenderBytestring eine Integer oder eine Float-Zahl enthält.Diese Codierungen binärer Daten werden innerhalb eines Windows-Rechners zum Beispielüber Dateiendungen erreicht, an denen das Betriebssystem erkennen kann, mit welchemProgramm eine Datei (ein abgeschlossener Bytestring) geöffnet werden muss. DiesesProgramm kann dann innerhalb des Bytestrings entweder über so genannte PräfixoderHeader-Eigenschaften sowie vorgegebene Trennzeichen abgeschlossene Informationsblöckeextrahieren. Präfixe und Trennzeichen sind dabei speziell vorgegebene Byteabfolgen,die in ihrer vordefinierten Form nicht innerhalb einer Nachricht auftreten können.Wird ein Programm zum Lesen von Daten genutzt, das die entsprechende Datencodierungnicht enthält, so ergeben sich falsche Informationsdarstellungen. Von derartigen Codierungensind auch die Verhältnisse von Dateigröße zu enthaltenen Informationen abhängig.So ist es über Codierungs- oder auch Formatwechsel möglich, Datenmengen ohne wesentlichenDatenverlust enorm zu reduzieren. Es kann so beispielsweise die Zahl 2 entwederals der 2-Bit Wert „10“ oder als der binäre Wert für das Zeichen „2“ aus des ASCII-Code-Tabelle „110010“ übergeben werden, was eine Erhöhung des notwendigen Speicherplatzesum den Faktor 3 entspricht.Dieses Vorgehen kennzeichnet den Unterschied zwischen binärer und ASCII-Kommunikation, wie er beispielsweise bei den GPS-Empfängern im Kapitel 3.2 bereitsangesprochen wurde.4.2.1. Quellcodierung auf SensorebeneAuch jeder Sensor gibt seine Messwerte grundsätzlich in einer codierten Nachricht ab, dievom Sensorhersteller speziell für die enthaltenen Informationen einer Sensormeldung diesesGeräts ausgewählt oder selbst entwickelt wurde. Es werden dabei zwar in der Regeldie grundlegenden Normen für Codierungen einzelner Datenworte genutzt, aber insbesonderedie Trennungen der einzelnen Informationsabschnitte und die Anordnung der enthaltenenInformationen ist rein durch die herstellerseitige Programmierung des Sensors vorgegeben.Die bereits in der Fachliteratur angesprochene SML 23 [76], die in Zukunft einenStandard für Kommunikation und Messwerte für Sensoren darstellen soll, kann hierbeinicht genutzt werden, da zum Zeitpunkt der Arbeit keiner der in Kapitel 3 angesprochenenSensoren sie unterstützt.4-223 SML: Sensor Model Language.- Seite 51 -
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<strong>Geo</strong>SN UniBwKapitel 4 Kommunikationskomponente <strong>eines</strong> <strong>Geo</strong>SNEbenfalls 32 Bit umfasst eine reelle Zahl vom Typ Float, in der sich der Wert mit Hilfevon( )Z = Sign ⋅ 1, mantissaexp−127⋅2Sign = " − " wenn bit 1 ist <strong>und</strong> " + " wenn bit 0 istmantissa =∑∑23i=1232 32−⋅ ibit23−i31 i−24bit 2i=24 iexp = ⋅errechnen lässt.Hieran zeigt sich, dass einer derartigen Zahlencodierung unbedingt eine zusätzliche Informationin Form einer zweiten Codierung vorausgehen muss, die vorgibt, ob ein zu untersuchenderBytestring eine Integer oder eine Float-Zahl enthält.Diese Codierungen binärer Daten werden innerhalb <strong>eines</strong> Windows-Rechners zum Beispielüber Dateiendungen erreicht, an denen das Betriebssystem erkennen kann, mit welchemProgramm eine Datei (ein abgeschlossener Bytestring) geöffnet werden muss. DiesesProgramm kann dann innerhalb des Bytestrings entweder über so genannte PräfixoderHeader-Eigenschaften sowie vorgegebene Trennzeichen abgeschlossene Informationsblöckeextrahieren. Präfixe <strong>und</strong> Trennzeichen sind dabei speziell vorgegebene Byteabfolgen,die in ihrer vordefinierten Form nicht innerhalb einer Nachricht auftreten können.Wird ein Programm zum Lesen von Daten genutzt, das die entsprechende Datencodierungnicht enthält, so ergeben sich falsche Informationsdarstellungen. Von derartigen Codierungensind auch die Verhältnisse von Dateigröße zu enthaltenen Informationen abhängig.So ist es über Codierungs- oder auch Formatwechsel möglich, Datenmengen ohne wesentlichenDatenverlust enorm zu reduzieren. Es kann so beispielsweise die Zahl 2 entwederals der 2-Bit Wert „10“ oder als der binäre Wert für das Zeichen „2“ aus des ASCII-Code-Tabelle „110010“ übergeben werden, was eine Erhöhung des notwendigen Speicherplatzesum den Faktor 3 entspricht.Dieses Vorgehen kennzeichnet den Unterschied zwischen binärer <strong>und</strong> ASCII-Kommunikation, wie er beispielsweise bei den GPS-Empfängern im Kapitel 3.2 bereitsangesprochen wurde.4.2.1. Quellcodierung auf SensorebeneAuch jeder Sensor gibt seine Messwerte gr<strong>und</strong>sätzlich in einer codierten Nachricht ab, dievom Sensorhersteller speziell für die enthaltenen Informationen einer Sensormeldung diesesGeräts ausgewählt oder selbst entwickelt wurde. Es werden dabei zwar in der Regeldie gr<strong>und</strong>legenden Normen für Codierungen einzelner Datenworte genutzt, aber insbesonderedie Trennungen der einzelnen Informationsabschnitte <strong>und</strong> die Anordnung der enthaltenenInformationen ist rein durch die herstellerseitige Programmierung des Sensors vorgegeben.Die bereits in der Fachliteratur angesprochene SML 23 [76], die in Zukunft einenStandard für Kommunikation <strong>und</strong> Messwerte für Sensoren darstellen soll, kann hierbeinicht genutzt werden, da zum Zeitpunkt der Arbeit keiner der in Kapitel 3 angesprochenenSensoren sie unterstützt.4-223 SML: Sensor Model Language.- Seite 51 -