Transmission Power Control in Performance Controlled Wireless Sensor Networks

Motivation

Wireless Sensor Networks (WSN) bestehen aus einer Reihe von batteriebetriebenen Sensorknoten die drahtlos miteinander kommunizieren. Die Einsatzgebiete reichen von Umweltbeobachtungen bis zur Steuerung und Überwachung von Industrieanlagen. Den Anwendungen gemein sind jedoch die begrenzten Energiereserven, weshalb der Energiebedarf minimiert werden muss. In Sensorknoten wie dem T-Mote Sky oder dem AVR Raven ist die Funkschnittstelle für den größten Teil des Energiebedarfs verantwortlich. Um den Energieverbrauch der Funkschnittstelle zu senken bietet es sich an diese zeitweise zu deaktivieren oder aber die Sendeleistung auf das erforderliche Minimum zu senken. Bestehende Verfahren verwenden häufig einfache Mechanismen um die Sendeleistung entsprechend anzupassen, sie basieren dabei auf einer Einschätzung der Güte der drahtlosen Verbindung. Aufgrund der Ungenauigkeit der Schätzung nehmen Sie dabei mitunter Paketverluste in Kauf, die für bestimmte Anwendungen jedoch nicht tolerabel sind.

Projekthintergrund

Das Projekt GINSENG entwickelt ein neuartiges drahtloses Sensornetzwerk, das Anwendungen Garantien über die Mindestperformanz des Netzwerkes geben kann. Besonderes Augenmerk wird dabei auf die Latenz sowie die Zuverlässigkeit gelegt. GINSENG ermöglicht es in Zukunft, Anwendungen auf Basis von WSNs zu realisieren, die mit klassischen Best-Effort Netzwerken nicht umsetzbar sind.

Aufgabenstellung

Ziel dieser Arbeit ist es, Algorithmen für die dynamische Anpassung der Sendeleistung von Sensorknoten auf Basis des Betriebssystems Contiki zu entwerfen und zu implementieren.

Zu Beginn der Arbeit ist eine Übersicht über bereits existierende Ansätze und laufende Forschungsarbeiten auf diesem Gebiet zu geben. Spezielles Augenmerk soll dabei auf bestehende Verfahren zur Beurteilung der Güte einer drahtlosen Verbindung (Link Quality Estimator, LQE) gelegt werden.

Anschließend sind die Parameter herauszuarbeiten, die bestehende LQEs als Eingabedaten verwenden.

Es ist ein geeigneter Messaufbau zu entwerfen, der eine Messung der relevanten Parameter in einer interferenzstabilen Umgebung erlaubt. Dabei sollen die Knoten so angeordnet werden, dass die Signalqualität die auftretenden Grenzfälle gut abdeckt. Mit diesem Messaufbau sollen dann die identifizierten Parameter gemessen werden.

Nach einer Filterung der Messdaten soll eine einfache Simulationsumgebung erstellt werden, welche die Evaluation von Algorithmen zur dynamischen Anpassung der Sendeleistung erlaubt.

Im Folgenden ist dann ein neues Verfahren zur dynamischen Anpassung der Sendeleistung zu entwickeln. Sollten gute Lösungen bereits existieren, so kann auch ein bestehendes Verfahren entsprechend angepasst werden. Zur Kombination der Ausgaben von verschiedenen LQE Algorithmen kann dabei die vorgegebene Architektur verwendet werden. Das neue Verfahren ist in der vorgenannten Simulationsumgebung zu evaluieren und mit bestehenden Lösungen zu vergleichen.

Bei ausreichender Restzeit ist es wünschenswert, das entworfene Verfahren zur Evaluation auf dem Betriebssystem Contiki zu implementieren und zu evaluieren.

Links

• Projekt: GINSENG
• T-Mote Sky
• AVR Raven
• Contiki
• IEEE 802.15.4
• Hinweise zur Durchführung von studentischen Arbeiten am IBR