Schwerpunkte

Für und wider Standardprotokolle bei Sensorknoten-Netzen

Sparsam funken

29. Januar 2015, 10:24 Uhr   |  Von Christian Mauderer


Fortsetzung des Artikels von Teil 2 .

Abhängigkeiten vom Übertragungsverfahren

Neben der Paketgröße und den inaktiven Phasen sind auch noch eine Reihe von weiteren Faktoren für den Stromverbrauch relevant. Auch diese werden meist vom verwendeten Standard vorgegeben. Dazu zählt z.B. das Frequenzband und die Bitcodierung. Ein niedrigeres Frequenzband kann meist bei gleicher Leistung eine höhere Reichweite erzielen oder, anders ausgedrückt, die gleiche Reichweite mit weniger Leistung.

Auch die Bitcodierung beeinflusst den Energieverbrauch. So wird bei simplem On-Off Keying (OOK) im Schnitt nur die halbe Zeit aktiv gesendet, weswegen dies bei gleicher Bitrate weniger Energie benötigt. Bei OOK werden jedoch meistens deutlich niedrigere Bitraten als bei Frequency Shift Keying (FSK) oder Phase Shift Keying (PSK) erreicht. Daher ist die Gesamtsendezeit bei FSK oder PSK dann meistens doch wieder besser. Zusammenfassend kann man also sagen, dass man mit anwendungsspezifischen Protokollen einzelne Bereiche wie den Energieverbrauch optimieren kann. Solange das nicht nötig ist, sollte man jedoch lieber auf einen Standard zurückgreifen, um dessen Flexibilität und integriertes Know-how zu nutzen. Kurz gesagt, Standard-Protokolle sollten weiterhin für standardisierte Anwendungen genutzt werden. Um spezielle Anwendungsfälle bestmöglich zu unterstützen, kann es jedoch sinnvoll sein, vom Standard abzuweichen oder diesen durch ein komplett anwendungsspezifisches Protokoll zu ersetzen, solange keine Interoperabilität benötigt wird.

Sensorknoten-Verknüpfung
© embedded-brains

Sensorknoten-Verknüpfung

Anpassbarer Sensorknoten

Die Sensorplattform „ELEFANT“ (Energiearm Laufender Erweiterbarer Funknetzknoten zur Aufnahme Natürlicher Testgrößen) ist eine flexible Basis für Funksen­sorknoten, in die embedded brains sein langjähriges Know-how bei der Entwicklung von Funksystemen eingebracht hat. Die Hardware nutzt einen STM32-Con­troller mit ARM-Cortex-M-Kern sowie einem sparsamen Funk-Chip. Die Versorgung kann je nach Bedarf von unterschiedlichen Harvesting-Modulen verschiedener Hersteller übernommen werden.

Ein universeller Anschluss für die Sensorik macht das System modular erweiterbar. Auch kann der Basisknoten ohne großen Aufwand mit PC-Schnittstellen ausgestattet werden, wie es zum Beispiel für den Daten sammelnden Knoten nötig ist. Der Einsatz von dem auf Sensornetze ausgelegten Betriebssystem „Contiki“ ermöglicht es, eine große Anzahl vorgefertigter Software-Komponenten und verschiedenste Protokolle zu verwenden. Insgesamt wurde eine modulare Plattform realisiert, auf deren Basis sich eine Reihe unterschiedlicher Anwendungen abdecken lassen. Neben Feuchte oder Strah lung könnten auch an dere Messgrößen wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Helligkeit, Magnetfelder oder Luftdruck im freien Feld aufgenommen werden. Auch die Überprüfung der Temperaturverteilung in einem Kühlraum oder eine Erfassung von Pegelständen und der Luftqualität wären denkbar sowie zukünftig Anzeigen mit kleinen, bistabilen Displays.

 

Der Autor

 

Christian Mauderer 
hat eine Ausbildung zum Master of Science in Electrical Engineering absolviert. Er spezialisierte sich dabei vor allem auf die Entwicklung von Embedded-Systemen. In seiner Master-Arbeit beschäftigte er sich mit energiesparenden Mikrocontrollersystemen für die Anwendung in Sensornetzen. Seit 2009 ist er bei der embedded brains GmbH tätig, zunächst als Werkstudent und inzwischen im Bereich System Design.

 
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1. Sparsam funken
2. Nachteile bei der Verwendung von Standardprotokollen
3. Abhängigkeiten vom Übertragungsverfahren

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