Entwicklung und Erprobung eines multifunktionalen Geo ...

GeoSN UniBwKapitel 1 SensornetzwerkeMinimierung der versendeten Datenmengen ist bei sehr großen Netzwerken zwingenderforderlich, da die Kommunikationsbandbreite durch die zumeist geforderte drahtloseÜbertragung begrenzt ist und die nachgeordnete Auswertesoftware möglicherweise derartiggroße Datenmengen nicht verarbeiten kann. Es müssen in vorangehenden Planungen(z.B. in Simulationen, [5]) optimale Verhältnisse zwischen Datenaufnahme, Datenübertragungsowie Energiemanagement der Sensorknoten gefunden werden.Die Art der angeschlossenen Sensorik ist vom jeweiligen Typ des WSN abhängig undsomit modular. Es ist die Nutzung relativ einfacher Sensoren möglich, da die Signalverarbeitungenvon der Rechnerkomponente des Sensorknotens durchgeführt werden können.Die Thematik der „Eigenintelligenz“ von Sensoren wird im Kapitel 3 noch genauer erläutert.Das Kommunikationsprinzip auf Netzwerkbasis stellt die Forderung nach eindeutiger Adressierungder Knoten (siehe Kapitel 4). Diese Methodik ermöglicht es, prinzipiell jedenSensorknoten einzeln anzusprechen bzw. seine Messwerte zu identifizieren, was insbesonderebei einer großen Anzahl von Knoten unerlässlich ist.Die Nutzung einfacher kostengünstiger Funksysteme, die in sich keine Möglichkeit derAdressierung einzelner Sensorknoten bieten, macht in vielen WSN die Notwendigkeitdeutlich, auch die Adressierung der Sensoren rein über die Rechnerkomponenten zu gewährleisten.Vorgaben zur Art der Kommunikation gibt es allerdings nicht, so dass inWSN etwa auch optische Datenübertragungen mittels Lichtimpulsen verwendet werden.Die einzelnen Knoten werden meist nicht nur über Kennziffern, wie eine Rechner IP-Adresse in einem LAN (Local Area Network), adressiert, sondern auch über ihre „Position“innerhalb der Netzwerktopologie (nur relativ aus Nachbarschaftsbedingungen) sowieüber die angeschlossenen Sensoren. Dies ermöglicht den schnelleren Austausch ausgefallenerKnoten bzw. die schnelle Erweiterbarkeit des Systems um zusätzliche Knoten.Es ist eine „Funkdisziplin“ aller Knoten zwingend erforderlich, da die Frequenzbandbreitebei drahtloser Kommunikation in der Regel stark begrenzt ist. So dürfen Knoten nur senden,sobald sie von dem nächsten zugehörigen Empfänger in Reichweite auf eine RTS(Request to Send) Anfrage eine CTS (Clear to Send) Antwort erhalten haben [6]. Die außerdemhäufig vorliegenden geringen Reichweiten der Übertragungssignale müssen dabeiauch Knotenfähigkeiten zur reinen Datenweiterleitung vorsehen, da zumeist nicht alleKnoten direkten Kontakt zur Zentralstation haben. Die Form der Funkdisziplin muss sichsomit zum einen auf eine genaue Planung der Sendeintervalle der einzelnen Knoten beziehenund zum anderen eine Empfangsbereitschaft für Signale benachbarter Knoten gewährleisten.Da Empfangsbereitschaft eines Funkgeräts nahezu die gleichen Energiemengenbenötigt, wie das Versenden von Daten, ist hierbei ein Powermanagement erforderlich,das etwa zeitlich gestaffelte Ruhezeiten verschiedener Knoten einplant oder ein Wechselndes Übertragungswegs der Daten innerhalb der Netzstruktur abhängig von der Batterieleistungeinzelner Knoten steuert [7].Ziel des Datenpakets eines Sensorknotens muss immer die Zentralstation sein. Da diedrahtlose Übertragungsreichweite der einzelnen Sensorknoten aber durch die geringenSendeleistungen, den zu minimierenden Stromverbrauch und die häufig zufällige Netzanordnungmeist auf die unmittelbaren Nachbarn begrenzt ist, muss die Vernetzung in derRegel eine andere Form annehmen als die klassische Vernetzung in einem LAN. Um dieMasse der Knoten auch ohne feste Infrastrukturpunkte und bei geringen Sendereichweitenverwalten zu können, ist ein infrastruktureller Netzwerkaufbau, der auf Zugriffspunkte- Seite 8 -