Energie-autarke Funksensornetze
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Autarke Funksensorsysteme der Zukunft
Sind die Randbedingungen eines technischen Systems bekannt, bestehen schon heute Möglichkeiten, flexible und autarke Funksensorsysteme zu implementieren. In einem weiteren Schritt könnte das Energiemanagement auch dynamisch gestaltet werden. Dies erfordert allerdings einen elektronischen Energiemanager für das Funknetz, der dynamisch entsprechende Ressourcen freigibt beziehungsweise sperrt und Datenpakete über freie Ressourcen führt. Damit ließe sich die Netzstruktur dynamisch an die Energiequellen anpassen. Größtmögliche Flexibilität entstünde bei einem modularen, auf Hardware-Ebene sich dynamisch rekonfigurierenden System. Inka Meyerholz
 | Axel Bindel |
 | Dr. Friedemann Tonner |
Die Planung eines Funksensornetzes stellt sich wie folgt dar: Zunächst sind die geometrischen Punkte, an denen ein Sensorknoten appliziert werden muss, ebenso festzulegen wie die Position des Auswertecomputers sowie die zur Verfügung stehende Energierate an den Sensorknoten. Im folgenden Schritt ist zu entscheiden, wie die Kommunikation der Sensorknoten bis zur Auswerte-Einheit organisiert wird, so dass die energetische Einschränkung, die durch die Energierate gegeben ist, eingehalten wird. Die Planung muss das zeitliche Verhalten der Übertragung sowie das Routing der Daten innerhalb des Sensornetzes beinhalten. Dabei sind einige energetische Beschränkungen zu beachten:
Die gegebene technologische Randbedingung ist der Energiebedarf zum Senden eines Datenbits. Je nach Software-Standard, der für die Übertragung verwendet wird, unterscheidet sich die Energiemenge, die zum Übertragen eines Datenpaketes nötig ist. Für die Übertragung von Daten in einem energie-autarken Sensornetz können zum Beispiel die Standards ZigBee oder teilweise auch Bluetooth verwendet werden. Alternativ ist ein spezielles energie-optimiertes Protokoll verwendbar, wie beispielsweise das der Firma EnOcean.
Ein Sensorknoten hat einen begrenzten Speicher, um die durch die Wandlerschaltung zur Verfügung gestellte Energie zu speichern. Diese maximal gespeicherte Energie muss dazu verwendet werden, kurzfristige Energiespitzen beim Senden von Datenpaketen bereitzustellen. Um eine Funktionsfähigkeit des Sensorknotens zu allen Zeitpunkten gewährleisten zu können, muss die gespeicherte Energie des Sensorknotens immer >0 sein. Durch die Begrenzung des Speichers ist diese Energie nach oben begrenzt. Bei der Planung der Datenkommunikation muss das Senden der Daten so geplant werden, dass die Stromaufnahme kurzfristig nur so groß ist, dass sie der Speicher abfangen kann. Der mittlere Energie-Abfluss in den Sensorknoten darf nicht größer sein als die mittlere Energierate, die vom Energiewandler zur Verfügung gestellt wird.
Die Fraunhofer TEG verwendet ein Modell eines Sensorknotens, das die Anzahl der empfangenen und gesendeten Daten in die aufgenommene Energie des Sensorknotens umrechnet. Diese Kurve kann wie in Bild 3 dargestellt werden. Die gestrichelte Kurve zeigt die Energie, die bis zum Zeitpunkt t vom Sensorknoten dissipiert wurde. Wenn der Speicher des Sensorknotens sich nie leeren soll, muss diese Kurve unterhalb der Begrenzungskurve liegen. Diese Kurve ist in Bild 3 mit einer durchgezogenen Linie dargestellt.
- Energie-autarke Funksensornetze
- Autarke Funksensorsysteme der Zukunft
- Temperaturdifferenz als Basis
- Energetische Charakterisierung
