Sensornetze

Drahtlos in die Zukunft

24. September 2010, 12:27 Uhr | Helmuth Lemme

Fortsetzung des Artikels von Teil 3

Aufwecken im richtigen Moment

Drahtlos in die Zukunft 7
Bild 7. »Space Diversity«: Der Raum, der eine Antenne mit sehr kleinem Öffnungswinkel umgibt, wird in einzelne Sektoren unterteilt. Sensorknoten, die sich in diesen Sektoren befinden, können somit direkt und einzeln angesprochen werden.
© IMTEK/Uni Freiburg

Um die Sensoren und die zugehörige Ansteuer- und Auswerte-Elektronik aus dem Schlafmodus aufzuwecken, kommen verschiedene Prinzipien in Frage. Vergleichende Untersuchungen dazu hat die Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Leonhard Reindl am IMTEK der Universität Freiburg durchgeführt (www.imtek.de/emp). Sie lassen sich in vier Kategorien einteilen:

  1. »Time Diversity«: Zeitschlitzverfahren. Jeder Knoten hat eine Uhr, die synchron zur Systemuhr läuft; er bekommt ein bestimmtes Zeitintervall zugewiesen, in dem er Daten übertragen kann.
  2. »Frequency Diversity«: Hier werden zwei Frequenzbänder verwendet, ein breites zur Übermittlung von großen Datenmengen, z.B. 2,45 GHz, und ein schmales zur Übertragung des Aktivierungssignals, z.B. 125 kHz. Auf 2,45 GHz laufen ZigBee, Bluetooth, WLAN usw. mit hohem Energiebedarf, aber nur kurzzeitig. 125 kHz eignet sich nicht für hohe Datenraten, aber gut für einen extrem stromsparenden Empfänger, der durchgehend eingeschaltet sein kann. So wird eine Datenabfrage jederzeit möglich; nur dazu wird der 2,45-GHz-Empfängerteil kurz eingeschaltet.
  3. »Space Diversity«: Der Raum, der eine Antenne mit sehr kleinem Öffnungswinkel umgibt, wird in einzelne Sektoren unterteilt. Sensorknoten, die sich in diesen Sektoren befinden, können somit direkt und einzeln angesprochen werden (Bild 7). Der Energiebedarf anderer Sensorknoten erhöht sich dabei nicht. Die Antenne ist mit dem Hostknoten verbunden und bildet die Mitte des Netzes. Durch die Strahlenbündelung, verursacht durch den kleinen Öffnungswinkel der Antenne, wird zusätzlich die Mehrwegausbreitung reduziert
  4. »Code Diversity«: Jeder Sensorknoten bekommt eine bestimmte Adresse zugeteilt und kann über diese angesprochen werden. Der Hostknoten sendet diese Adresse an alle Sensorknoten, diese decodieren die Adresse; der adressierte Sensorknoten bleibt betriebsbereit, die anderen, nicht adressierten, gehen wieder in den Energiesparmodus zurück.

Für den Test dieser Aufweckstrategien haben die IMTEK-Forscher einen Demonstrator aufgebaut. Der interne 8-bit-Mikrocontroller (mit 16 Kbyte Flash-Speicher) kann mit zwei verschiedenen Frequenzen getaktet werden: mit 25 MHz für hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit oder mit 32 kHz für extrem reduzierte Stromaufnahme (nur 11 μA). Der Transceiver arbeitet auf 2,45 GHz mit einer Datenrate bis 250 kbit/s. Die Sensorknoten enthalten Druck- und Beschleunigungssensoren.

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