Sensornetzwerke

Verteilte Sensornetzwerke

(Distributed Sensor Networks DSN)

  • Ein verteiltes Sensornetzwerk besteht aus einer Menge von Sensor Knoten N={n1,n2,}, die in einem Kommunikationsnetzwerk miteinander verbunden sind.

  • Ein Sensorknoten besteht aus:

    • Einer Menge von Sensoren S={s1,s2,}, wenigstens einem Sensor s (inkl. virtuellen),
    • Analoger Signalverarbeitung inkl. ADC A={a1,a2,}
    • Digitale Signal- und Datenverarbeitungeinheiten P={p1,p2,..} und Speicher M={m1,..}
    • Kommunikationsmodule C={c1,c2,},
    • Energieversorgung und Managementmodule E={e1,e2,..}

Verteilte Sensornetzwerke

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Abb. 1. Aufbau und Konnektivität eines Sensorknotens

Verteilte Sensornetzwerke

  • Verteilte Sensornetzwerke unterscheiden sich von klasschischer Datenverarbeitung

  • DSN können räumlich und zeitlich verteilt sein - ohne zentralen Rechner

  • Das Netzwerk selber ist der Rechner - eine virtuelle Maschine

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Abb. 2. Von zentraler Nutzer-Applikations-orientierter (a) zu dezentraler Sensor-orientierter Datenverarbeitung (b) [G]

Verteilte Sensornetzwerke

Anforderungen an und Fähigkeiten von DSN

  • niedrige Kosten
  • zuverlässig und robust gegen Störungen (Kommunikation, Energie, Ausfall von Knoten)
  • Autonomie eines Sensorknotens
  • schnelle Antwortzeit (Latenz)
  • Eignung für echtzeitfähige datenstrombasierte Verarbeitung
  • lange Betriebszeiträume
  • Kombination von verschiedenen senorischen Größen zu neuen Informationen, die durch einen einzlnen Sensor bzw. Sensorknoten nicht verfügbar wären Daten- und Sensorfusion
  • Erhöhter Datendurchsatz durch nebenläufige Datenverarbeitung der einzelnen Sensorknoten
  • Redundanz und Fehlertoleranz durch komplimentäre Gruppenbildung und Wettbewerb sowie Kooperation von Sensorknoten
  • Zeitliche Synchronität Synchronisation von Uhren

Taxonomie von DSN Architekturen

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Abb. 3. Wichtige Aspekte eines DSN [G]

Taxonomie von DSN Architekturen

  • Die Hauptaufgabe eines DSN ist die Sammlung und Verarbeitung sensorischer Daten

  • Eingabe, Berechnung, Kommunikation, und Programmierung müssen zusammenhängend und nicht unabhängig betrachtet werden à Entwurf eines Systems

  • Für jeden dieser Bestandteile gibt es unterschiedliche Teilaspekte und Variationen, die die Struktur und die Performant des gesamten DSN bestimmen.

  • Es wird zwischen Funktion und Implementierung unterschieden:
Funktion

Die Funktion beschreibt die grundlegenden Operationen und Fähigkeiten des DSN.

Implementierung

Die Implementierung beschreibt die Methoden mit denen die Funktionen erfüllt werden können.

Taxonomie von DSN Architekturen

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Abb. 4. Taxonomie der Eingabe-Aspekete von DSN [G]

Taxonomie von DSN Architekturen