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Positionsbestimmung in drahtlosen Sensornetzen

Mößinger, Holger :
Positionsbestimmung in drahtlosen Sensornetzen.
Technische Universität Darmstadt
[Haus-, Projekt- oder Studienarbeit], (2008)

Kurzbeschreibung (Abstract)

Zusammenfassung:

Ziel der Arbeit ist, zu untersuchen wie Distanzen in einem Funknetzwerk bestimmt werden können. Aus den Abständen kann auf die Postion der Teilnehmer geschlossen werden. Es wird der Prototyp des Systems aufgebaut um das ausgwählte Verfahren zu charakterisieren.

Als Anwendungsfall dient dabei ein System zur Kinderbeaufsichtigung. Eine weitere mögliche Anwendung liegt im Bereich der Primatenforschung.

Die vom System zu bestimmenden Distanzen liegen im Bereich bis ca. 100 Meter. Sie sollen, ohne die Nutzung weiterer Infrastruktur, nur mit Hilfe, der von Funkmodulen bereitgestellten Informationen ermittelt werden. Die einzelnen Netzknoten des Systems dürfen eine Maximalgröße von 160mm x 100mm x 70mm nicht überschreiten.

Zur Lösungsfindung werden von Funktechnologien unterstützte Messverfahren recherchiert. Am Markt verfügbare Funkmodule erlauben die Bestimmung der Distanz über die Signalstärke. Diese Information erweist sich als nicht geeignet für eine genaue Distanzbestimmung zwischen nur zwei Modulen. Messungen der empfangenen Signalstärke ergeben Abweichungen von mehr als 70%.

Neben der Signalstärke steht zur Distanzbestimmung noch die Messung der Laufzeit zu Verfügung. Die Hardware ist jedoch entweder zu groß oder noch in der Entwicklung. Ein verfügbares Funkmodul, welches die Distanz mittels Laufzeitmessung bestimmt, kann auf Grund hoher, einmaliger Lizenzgebühren für den Aufbau des Protypen nicht berücksichtigt werden. Im Laufe der Arbeit kann, mittels eines Demokits, jedoch die Messunsicherheit des Laufzeitmesssystems festgestellt und eine Aussage über dessen Eignung für obengenannte Anwendungen getroffen werden.

Weitere Lösungen, die nur mit fertigen Funkmodulen arbeiten können nicht ermittelt werden.

Um dennoch einen Prototypen aufbauen zu können, werden GPS-Module als Grundlage für die Distanzbestimmung eingesetzt. Die hierfür benötigte Infrastruktur ist weltweit vorhanden. Als Einschränkung ergibt sich jedoch, dass Messungen nur im Freien druchgeführt werden können.

Der aufgebaute Prototyp besteht aus einem Master- und vier Slave-Knoten. Diese werden von einem Akkumulator versorgt. Zur Funkkomunikation werden ZigBee-Funkmodule der Firma Meshnetics eingesetzt. Die ermittelten Distanzen werden am Masterknoten auf einem Display angezeigt. Das Funkmodul erlaubt ein Auslesen der empfangenen Signalstärke. Damit ist es möglich mit dem System auch die theoretischen Betrachtungen zur Signalstärkemessung zu verifizieren.

Eine Software zur Kommunikation innerhalb des Funknetzes und zur Berechnung und Darstellung der aus den GPS-Koordinaten gewonnenen Distanzen wird erstellt und in Betrieb genommen. Für das Einsatzgebiet der Kinderbeaufsichtigung wird ein Konzept zur Signalisierung der Distanzen erarbeitet und in die Software aufgenommen. Es kann jedoch nicht mehr vollständig umgesetzt werden.

Abschätzungen und erste Messungen, der über GPS bestimmten Distanzen, lassen auf eine Messunsicherheit von etwa zwei Metern schließen. Genauere Messungen die dies belegen, konnten nicht mehr stattfinden. Eine Messung der Signalstärke wird nicht mehr vorgenommen.

Typ des Eintrags: Haus-, Projekt- oder Studienarbeit
Erschienen: 2008
Autor(en): Mößinger, Holger
Titel: Positionsbestimmung in drahtlosen Sensornetzen
Sprache: Deutsch
Kurzbeschreibung (Abstract):

Zusammenfassung:

Ziel der Arbeit ist, zu untersuchen wie Distanzen in einem Funknetzwerk bestimmt werden können. Aus den Abständen kann auf die Postion der Teilnehmer geschlossen werden. Es wird der Prototyp des Systems aufgebaut um das ausgwählte Verfahren zu charakterisieren.

Als Anwendungsfall dient dabei ein System zur Kinderbeaufsichtigung. Eine weitere mögliche Anwendung liegt im Bereich der Primatenforschung.

Die vom System zu bestimmenden Distanzen liegen im Bereich bis ca. 100 Meter. Sie sollen, ohne die Nutzung weiterer Infrastruktur, nur mit Hilfe, der von Funkmodulen bereitgestellten Informationen ermittelt werden. Die einzelnen Netzknoten des Systems dürfen eine Maximalgröße von 160mm x 100mm x 70mm nicht überschreiten.

Zur Lösungsfindung werden von Funktechnologien unterstützte Messverfahren recherchiert. Am Markt verfügbare Funkmodule erlauben die Bestimmung der Distanz über die Signalstärke. Diese Information erweist sich als nicht geeignet für eine genaue Distanzbestimmung zwischen nur zwei Modulen. Messungen der empfangenen Signalstärke ergeben Abweichungen von mehr als 70%.

Neben der Signalstärke steht zur Distanzbestimmung noch die Messung der Laufzeit zu Verfügung. Die Hardware ist jedoch entweder zu groß oder noch in der Entwicklung. Ein verfügbares Funkmodul, welches die Distanz mittels Laufzeitmessung bestimmt, kann auf Grund hoher, einmaliger Lizenzgebühren für den Aufbau des Protypen nicht berücksichtigt werden. Im Laufe der Arbeit kann, mittels eines Demokits, jedoch die Messunsicherheit des Laufzeitmesssystems festgestellt und eine Aussage über dessen Eignung für obengenannte Anwendungen getroffen werden.

Weitere Lösungen, die nur mit fertigen Funkmodulen arbeiten können nicht ermittelt werden.

Um dennoch einen Prototypen aufbauen zu können, werden GPS-Module als Grundlage für die Distanzbestimmung eingesetzt. Die hierfür benötigte Infrastruktur ist weltweit vorhanden. Als Einschränkung ergibt sich jedoch, dass Messungen nur im Freien druchgeführt werden können.

Der aufgebaute Prototyp besteht aus einem Master- und vier Slave-Knoten. Diese werden von einem Akkumulator versorgt. Zur Funkkomunikation werden ZigBee-Funkmodule der Firma Meshnetics eingesetzt. Die ermittelten Distanzen werden am Masterknoten auf einem Display angezeigt. Das Funkmodul erlaubt ein Auslesen der empfangenen Signalstärke. Damit ist es möglich mit dem System auch die theoretischen Betrachtungen zur Signalstärkemessung zu verifizieren.

Eine Software zur Kommunikation innerhalb des Funknetzes und zur Berechnung und Darstellung der aus den GPS-Koordinaten gewonnenen Distanzen wird erstellt und in Betrieb genommen. Für das Einsatzgebiet der Kinderbeaufsichtigung wird ein Konzept zur Signalisierung der Distanzen erarbeitet und in die Software aufgenommen. Es kann jedoch nicht mehr vollständig umgesetzt werden.

Abschätzungen und erste Messungen, der über GPS bestimmten Distanzen, lassen auf eine Messunsicherheit von etwa zwei Metern schließen. Genauere Messungen die dies belegen, konnten nicht mehr stattfinden. Eine Messung der Signalstärke wird nicht mehr vorgenommen.

Freie Schlagworte: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Abstandsmessung mit Funk, Funkstandart ZigBee, Global Positioning System GPS, Sensornetz drahtlos
Fachbereich(e)/-gebiet(e): Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen > Mess- und Sensortechnik
Hinterlegungsdatum: 05 Sep 2011 13:58
Zusätzliche Informationen:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKS 1675

Art der Arbeit: Studienarbeit

Beginn Datum: 12-11-2007

Ende Datum: 30-04-2008

Querverweis: keiner

Studiengang: Elektrotechnik und Informationstechnik (ETiT)

Vertiefungsrichtung: Mikro- und Feinwerktechnik (MFT)

Abschluss: Diplom (MFT)

ID-Nummer: 17/24 EMKS 1675
Gutachter / Prüfer: Rafflenbeul, Dipl.-Ing. Lutz ; Stöhr, Dipl.-Ing. Ingmar ; Werthschützky, Prof. Dr.- Roland
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