Track:
Smart Building
Organisation:
Institut für Mikroelektronik- und Mechatronik–Systeme gGmbH
Link zur Organisation
Link zum Projekt
Kontakt

Modulare Systemplattformen für drahtlose Sensornetzwerke

Dipl.-Inf. Sven Engelhardt

Mit dem Trend zur Aufwertung einer Immobilie hinsichtlich mehr Komfort, Sicherheit und Energieeffizienz wird die technische Ausstattung im Objektbau zunehmend zum wichtigsten Wettbewerbsfaktor. Im Rahmen des Forschungsprojektes CBS – „Customer Bautronic System“ – soll eine Technologie- und Systemplattform für eine umfassende Nutzerintegration bei Planung, Installation und Betrieb von Haustechnik und Gebäudeautomationslösungen geschaffen werden. Somit soll der Nutzer die Möglichkeit erhalten, sein individuelles Optimum in den Dimensionen Nutzwert, Kosten, Effizienz und Nachhaltigkeit zu erreichen. Es gibt einige Studien zum Nutzerverhalten in Gebäuden, allerdings mit sehr unterschiedlichen Ergebnissen. Die Datenlage zum tatsächlichen Verhalten ist eher gering. Deshalb soll ein flexibles Messsystem auf Basis drahtloser Sensornetze mit Multisensorik die Grundlage bilden, um Nutzereinflüsse zur konkreten Ansteuerung von Gebäudetechnik zu erfassen, zu optimieren (operative Gebäudesteuerung) und die Datenlage zum Nutzerverhalten in Gebäuden allgemein zu verbessern. Entsprechend dieser Anforderungen wurde als wesentlicher Bestandteil der CBS-Technologien eine einheitliche, modulare, universelle und drahtlos vernetzte Multisensorplattform geschaffen.
Die Entwicklung von Applikationen für drahtlose Sensornetzwerke stellt sehr spezifische An- und Herausforderungen an die verwendete Hard- und Software. Deshalb wurde TinyOS als hardwareunabhängige und modulare Softwareplattform für das drahtlose Sensornetzwerk gewählt. Dabei konzentrierten sich die Arbeiten auf die MikroController-Familien MSP430 (TI) und AVR (ATMEL). TinyOS ist ein speziell für den Einsatz in vernetzten, eingebetteten Systemen entwickeltes Betriebssystem. Es ist für verschiedene Hardwareplattformen verfügbar (z.B. MSP430 und ATmega) und es handelt sich dabei um ein Open-Source System. TinyOS ist speziell für Hardwaresysteme mit knappen Ressourcen in Bezug auf Speicher, Rechenleistung und Energie optimiert. TinyOS besitzt eine komponentenbasierte Architektur und ein ereignisbasiertes Ausführungsmodell. Der Aufruf der Programmteile erfolgt über zweiphasige Operationen, die keinen zusätzlichen Stack für das Zwischenspeichern von Werten benötigen.
Aufbauend auf diesem Konzept wurde ConSAS  (Configurable Sensor and Actor System) als zugrunde liegende Softwarearchitektur  zur Erfassung und Verarbeitung, zur Identifikation von Sensorknoten und zum verteilten Rechnen auf Sensorknoten in drahtlosen Sensornetzwerken geschaffen. Wesentliche Eigenschaften von ConSAS sind:

  • Unterstützung von verschiedenartigen Typen von Motes und Sensoren
  • leichte Integration von neuen Sensoren und Motes und deren eindeutige Identifikation
  • verschiedene Datentypen
  • Daten variabler Länge und Datenkomprimierung
  • Vorverarbeitung von Sensordaten im Knoten
  • Reduktion des Datenaufkommens durch verteiltes Rechnen
  • Realisierung virtueller Sensoren
  • Einfügen (Injection) von Algorithmen in das Sensornetzwerk  

Dieser plattformbasierte Entwurfsansatz hat es dem IMMS u.a. ermöglicht, komplexe Sensorapplikationen in kurzer Zeit auf ca. 10 verschiedenen Funksensorknoten zu implementieren, wodurch sich z.B. heterogene drahtlose Sensornetzwerke einfach realisieren lassen.