Indoor wireless metering networks - A collection of algorithms enabling low power / low duty-cycle operations

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Dissertation_Altan.pdf30.01.2009 14:57:241,56 MB
Die Bezeichnung Wireless Metering Network (WMN) identifiziert eine spezifische Klasse von drahtlosen Sensornetzwerken. Solche Netze bestehen aus einer Vielzahl von kleinen, kostengünstigen batteriebetriebenen Knoten und bieten eine mögliche Lösung für unterschiedliche Aufgaben in der Gebäudeautomatisierung, vorausgesetzt dass die erwartete Lebensdauer des Netzes mindestens 10 Jahre betragt, um die Netzwerkwartung im selben Raster mit den Gebäudewartungsarbeiten planen zu können. Die starken Energieeinschränkungen erfordern die Einführung von Energiesparmaßnahmen und insbesondere die Auswahl einer durch einen extrem geringen Arbeitszyklus charakterisierten Aktivierungsstrategie. Schlüsselelemente für den Erfolg eines WMN-Projektes sind die Existenz eines energieeffizienten MAC-Protokolls, der Einsatz eines robusten Zeitsynchronisationsmechanismus und die Implementierung von effizienten Strategien für die Netzwerkinitialisierung und die Netzwerkwartung. Hauptziel dieser Arbeit war die Entwicklung von Algorithmen und Protokollen, mit denen der energieeffiziente Betrieb einer spezifischen Familie von WSN ermöglicht wird. Die Entwicklung und die Validierung eines Ausbreitungsmodells für den Indoor-Funkkanal war ein erforderlicher Schritt, um die Untersuchung der entwickelten Verfahren zu ermöglichen. Das erste im Rahmen des Projektes entstandene Ergebnis war ein heuristischer, robuster verteilter Algorithmus, der eine energieeffiziente Integration aller Sensorknoten und die Bildung einer robusten baumförmigen Routingstruktur ermöglicht. Derselbe Algorithmus ermöglicht eine begrenzte Anpassung der Netzstruktur an die wechselnden Charakteristiken des Funkkanals. Einfache Erweiterungen des ursprünglichen Algorithmus wurden hinzugefügt, um die Selbstheilungsfähigkeiten des Netzes zu verbessern. Ein auf einer neuen Formulierung des Synchronisationsproblems basierendes Verfahren wurde entwickelt. Es gewährleistet eine energieeffiziente und robuste Zeitsynchronisation zwischen Nachbarnknoten und, indirekt, die Synchronisation aller Netzelemente. Obwohl die vorgeschlagenen Lösungen für eine spezifische Netzkategorie entwickelt wurden, ist der Autor überzeugt, dass sich die Lösungsansätze auf ein weites Spektrum von Problemen anwenden lassen.
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Dokumententyp:
Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Fakultät / Institut:
Fakultät für Wirtschaftswissenschaften
Zentrale wissenschaftliche Einrichtungen » Institut für Experimentelle Mathematik (IEM) Essen
Dewey Dezimal-Klassifikation:
300 Sozialwissenschaften » 330 Wirtschaft » 330 Wirtschaft
Stichwörter:
Wireless Sensor Networks, low power, Network bootstrap, simulation, indoor, propagation model, time synchronization, kalman filter, self healing, metering
Beitragende:
Prof. Dr.-Ing. Rathgeb, Erwin P. [Betreuer(in), Doktorvater]
Prof. Dr. Müller-Clostermann, Bruno [Gutachter(in), Rezensent(in)]
Sprache:
Englisch
Kollektion / Status:
Dissertationen / Dokument veröffentlicht
Datum der Promotion:
20.01.2009
Dokument erstellt am:
22.01.2009
Promotionsantrag am:
03.09.2008
Dateien geändert am:
30.01.2009
Medientyp:
Text