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Forschungsbereich D: Kommunikation zwischen eingebetteten Systemen

Die Kommunikation im Verbund von Mikrosystemen ist von Bedeutung für zahlreiche Anwendungen. Neben Fragen der Effizienz und der Robustheit der Kommunikation wird der Forschungsbereich neu auch die Herausforderung der Mobilität der kommunizierenden Knoten berücksichtigen.

Projekte im Forschungsbereich D "Kommunikation zwischen eingebetteten Systemen":

D.1
Kommunikation in eingebetteten Systemen
D.2
Drahtlose Sensornetzwerk-Protokolle für mobile und dynamische Szenarios
D.3
Ad-hoc-fähige autarke drahtlose Mikrosysteme

D.1   Kommunikation in eingebetteten Systemen


Gegenstand dieses Teilprojekts ist die Entwicklung und Analyse von effizienten Algorithmen für grundlegende Kommunikationsprobleme, die in verteilten eingebetteten Systemen auftreten. Ziel ist die Entwicklung von Strategien, die hinsichtlich eines zentralen Gütemaßes eine mathematisch beweisbare Leistungsgarantie erzielen. Ein solches Gütemaß kann Ressourceneffizienz aber auch eine Eigenschaft wie Ausfallsicherheit betreffen. Neben den klassischen Ressourcen wie Laufzeit und Speicherplatzbedarf spielt in eingebetteten Systemen insbesondere die Energieeffizienz eine zentrale Rolle. Dabei ist generell ein gegebenes Problem mit möglichst geringem Energieverbrauch zu lösen. In diesem Teilprojekt soll Kommunikation vor allem unter dem Aspekt der Energieeffizienz studiert werden. Konkret sollen Kommunikationsprobleme untersucht werden, die in Sensornetzwerken auftreten. Die betrachteten Szenarien sind aber auch in einem verteilten Blimp-Cluster interessant.

Statusreport :
Algorithmen für effiziente Kommunikation in Netzwerken von Tim Nonner

D.2   Drahtlose Sensornetzwerk-Protokolle für mobile und dynamische Szenarios


Drahtlose Sensornetzwerke sind ein zunehmend verbreitetes Anwendungsgebiet für eingebettete Systeme. Durch die Verwendung der Funkkommunikation wird die Installation komplexer Sensor-/Aktuator-Netzwerke stark vereinfacht und die Verwendung mobiler Sensoren und Aktuatoren ermöglicht. Diesen Vorteilen steht ein größerer Aufwand für Kommunikationsprotokolle und die Notwendigkeit autarker Energieversorgung entgegen.

Bisher werden drahtlose Sensornetzwerke zumeist statisch betrachtet: Ein Sensornetzwerk wird installiert, in Betrieb genommen und als einzige Dynamik betrachtet man den Ausfall einzelner Knoten durch Aufbrauchen ihrer Energie-Ressourcen. Selten wird die Dynamik durch das spontane Einfügen und Entfernen von Sensoren betrachtet. Außerdem sind autonom fahrende oder fliegende Objekte prädestiniert für den Einsatz von drahtlosen Sensornetzwerken zur Umweltüberwachung und zur Stationierung neuer Sensorknoten. Für drahtlose Sensornetzwerke entsteht hier ein neues Anwendungsgebiet und neue Fragestellungen.

Weitere Fragestellungen in diesem Teilprojekt betreffen die Lokalisierung mobiler Systeme (in Zusammenarbeit mit Prof. Burgard), die Verwendung angepasster höherer Programmierumgebungen für Sensornetze und die Entwicklung von Protokollen für low power wake up transceiver (in Kooperation mit Prof. Albers und Prof. Reindl).

Kontakt:
Prof. Dr. Christian Schindelhauer
Lehrstuhl für Rechnernetze und Telematik
Institut für Informatik
Georges-Köhler-Allee 051, 79110 Freiburg
Telefon: 0761-203-8181 | Fax: 0761-203-8182 | E-Mail

D.3   Ad-hoc-fähige autarke drahtlose Mikrosysteme


Drahtlose Mikrosysteme erlauben eine starke Vereinfachung der Installation komplexer Sensor-/Aktor-Netzwerke und ermöglichen die Verwendung mobiler Sensoren und Aktoren. Funksysteme können beispielsweise auf bewegten oder rotierenden Objekten oder auf Lebewesen wesentlich einfacher ausgebracht oder installiert werden als leitungsgebundene. In anderen Applikationen wie in der Gebäudetechnik verringern sich mit ihnen die Installationskosten drastisch. Diesen Vorteilen steht die Notwendigkeit einer autarken Energieversorgung entgegen.

Erschöpfliche Energiequellen wie Batterien ermöglichen nur eine geringe energetische Lebensdauer des Mikrosystems oder benötigen eine regelmäßigeWartung. Die energetische Lebensdauer des Systems wird durch Minimierung des Energiebedarfs der Schaltung und durch Einsatz eines Sleepmodes deutlich verlängert. Bei Einsatz von Energy Harvesting Techniken kann die energetische Lebensdauer des Mikrosystems sogar bis zur technischen Lebensdauer ausgedehnt werden. Um trotz des Sleepmodes eine Echtzeitfähigkeit zu ermöglichen, muss ein geeigneter Aufweckmechanismus entwickelt werden.

Neben der Lebensdauer bestimmt die Größe dieser Mikrosysteme wesentlich die Anzahl und den Umfang ihrer möglichen Einsatzgebiete. Als realistisches Ziel scheint derzeit die Größe eines Würfelzuckers (ohne Antenne) erreichbar.

Kontakt:
Prof. Dr. Leonhard Reindl
Lehrstuhl für Elektrische Mess- und Prüfverfahren
Institut für Mikrosystemtechnik
Georges-Köhler-Allee 103, 79110 Freiburg
Telefon: 0761-203-7220 | Fax: 0761-203-7222 | E-Mail

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