Systemsoftware und Verteilte Systeme

Entwurf und Implementierung eines Sensornetzwerk-Monitors

Bachelorarbeit

Abgeschlossen am 15.09.2010 durch Carolin Wiechert.


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Themengebiete

  • Sensornetzwerke
  • Verteilte Systeme

Hintergrund

Fortschritte in der Mikroelektronik erlauben es, Sensoren direkt mit einem Mikrocontroller und einer Funkschnittstelle auszustatten. Durch die Ausstattung der Sensoren mit einer begrenzten Rechenkapazität wird eine lokale oder verteilte Vorverarbeitung der erfassten Daten möglich. Die Funkschnittstelle ermöglicht eine Abfrage der vorverarbeiteten Daten auch ohne externe Infrastruktur. Im Vergleich zu traditionellen Datenerfassungseinrichtungen können sogenannte drahtlose Sensornetzwerke (Wireless Sensor Networks, WSN) in der Regel einfacher und robuster große Räume überwachen. Sensornetzwerke lassen sich zudem auch an schlecht erreichbaren, abgelegen Orten einsetzen. In letzter Zeit dringen Sensornetzwerke in eine Vielzahl neuer Anwendungsbereiche ein. Dabei können sich die erfassten Größen stark unterscheiden, und der Grad an im Netzwerk durchgeführter Vorverarbeitung und Filterung variiert ebenfalls stark. Die Bandbreite reicht von einer direkten Übermittlung der Rohdaten bis hin zu Verfolgung von sich durch das Netzwerk bewegenden Objekten.

Sensornetze erlauben das einfache Erfassen von Daten. Dieses Datenaufkommen ist jedoch erst nützlich, wenn es in einer für den Anwender leicht zu erfassenden Form zur Verfügung steht. Der Endanwender sollte sich intuitiv einen ersten Überblick über die Daten verschaffen können, bevor diese gegebenenfalls einer weitergehenden Auswertung unterzogen werden. Daneben möchte der Nutzer sich jederzeit über den Status des Netzwerkes informieren können, um bei Bedarf Korrekturen, wie den Austausch ausgefallener Sensorknoten, vorzunehmen.

Beide Anforderungen sollen durch eine intuitiv zu nutzende Anwendung zur Anzeige und Auswertung der erfassten Daten und des Netzwerkzustands erfüllt werden. Um eine möglichst große Zahl unterschiedlicher Einsatzmöglichkeiten zu unterstützen, sollte sich die Anwendung leicht an verschiedene Sensornetzwerk-Architekturen, mit zum Beispiel unterschiedliche Datenformaten, anpassen lassen.

Der Abteilung Systemsoftware und verteilte Systeme steht eine größere Zahl von Sensorknoten zur Verfügung, die auch den Aufbau größerer Sensornetze erlauben. Derzeit wird im Rahmen einer Diplomarbeit unter anderem ein drahtloses Sensornetz zur Erfassung von Temperaturprofilen in Wohn- und Büro-Räumen erstellt.

Aufgabe

Im Rahmen dieser Arbeit soll eine flexible Anwendung zur Anzeige der durch ein Sensornetzwerk erfassten Daten und des Netzwerkzustands erstellt werden. Diese Anwendung soll, nach Abschluss der Arbeit, als Grundlage der Benutzerschnittstelle von zukünftigen Sensornetzwerkprojekten der Abteilung dienen.

Als Vorarbeit soll zunächst der aktuelle Stand der Forschung bestimmt werden und bestehende wissenschaftliche und kommerzielle Systeme zur Daten und Statusanzeige in Sensornetzwerken analysiert werden.

Den Schwerpunkt der Arbeit bildet der Entwurf und die Entwicklung einer der eigentlichen Anwendung. Sie soll zum einen eine Visualisierung der durch das Netzwerk erfassten Daten erlauben und zum anderen einen einfachen Zugriff auf den aktuellen Betriebszustands des Netzwerks und der Knoten ermöglichen. Die Visualisierung soll dabei neben einer direkten Anzeige der aktuellen Sensorwerte auch eine Aufbereitung aufgezeichneter Daten unterstützen. Der Netzwerkzustand umfasst vorwiegend die Anordnung der Netzwerkknoten, die Netzwerktopologie und den aktuellen Betriebszustand der einzelnen Knoten, beispielsweise des Batterieladezustandes. Um eine weitere Auswertung der Daten zu vereinfachen, sollte die Anwendung auch einen Datenexport (z. B. CSV und XML) erlauben. Da sich Sensornetze in der Regel stark voneinander unterscheiden, wird besonderer Wert auf eine einfache Anpassbarkeit und Erweiterbarkeit gelegt. So sollen sich zum Beispiel neue Darstellungsformen und Datenformate leicht einbinden lassen.

Als Erweiterung kann auch eine grundlegende Auswertung der Daten, wie zum Beispiel die Bestimmung von Minima, Maxima und Durchschnittswerten integriert werden. Auch hier ist eine leichte Erweiterbarkeit wünschenswert.

Das System kann entweder als Web- oder als Java-Anwendung erstellt werden.

Neben der Entwicklung soll auch eine Evaluation der Einsatztauglichkeit der Anwendung durch die Verwendung mit einem bestehenden Sensornetzwerk, beispielsweise zur Temperaturerfassung, durchgeführt werden.

Vorkenntnisse

  • Programmierkenntnisse
  • Grundlagen des Software-Engineering