Entwicklung eines selbststabilisierenden Sensornetzwerkes
Entwicklung eines selbststabilisierenden Sensornetzwerkes
Entwicklung eines selbststabilisierenden Sensornetzwerkes
Bachelorarbeit
Abgeschlossen am 10. September 2013 von Marius Hacker
Hintergrund
Sensorwerke sind verteilte Rechensysteme bei denen die einzelnen Rechner aus autonomen, i.d.R. batteriebetriebenen Kleinstrechnern bestehen, die mit den übrigen Kleinstrechnern mittels Funkverbindung Informationen austauschen können. An diese sog. Sensorknoten können nahezu beliebige Sensoren (wie z.B. Ultraschall- oder Helligkeits- und Temperatur oder Erschütterungssensoren) angebracht und betrieben werden. Mit Sensornetzwerken lassen sich autonom verteilte Phaenomene beobachten, z.B. eine Helligkeitsverteilung über eine Region oder aber das Eindringen und Fortbewegen von Subjekten in einem Areal. Die Abteilung Systemsoftware und verteilte Systeme verfügt über 120+ Sensorknoten vom Typ MTM-CM5000-MSP mit TI MSP430-Prozessor, die für derartige Zwecke eingesetzt werden können.
Das Konzept der Selbststabilisierung gehört zu den sog. Fehlertoleranzkonzepten. Ein System als selbststabilisierend auszulegen, bedeutet, dass es in der Lage ist, sich ohne explizite Initialisierung in einen funktionsfaehigen Zustand zu versetzen. Desweiteren ergbit sich daraus, dass das so implementierte System für sog. transiente Fehler, die die Werte der Programmvariablen korrumpieren, "unempfindlich" ist: nach gewisser Zeit versetzt sich das System selber wieder in einen arbeitsfaehigen Zustand, sollte es durch die Fehler zwischenzeitlich "gestört" gewesen sein. Selbststabilisierende Sensornetzwerke sind insbesondere von Interesse, da sie oft autonom an unzugaenglichen Orten Sensordaten erfassen und sich "um sich selber kümmern können müssen".
Aufgabenbeschreibung
Die Hauptaufgabe der Arbeit besteht in der Konzeptionierung sowie Implementierung eines autonomen Sensornetzwerkes, das sich selber im obigen Sinne stabilisiert. Als Ausgangsaufgabenstellung könnte ein Sensornetzwerk entworfen und implementiert werden, dass in einer selbststabilisierenden Weise eine Kommunikationsinfrastruktur a la "aufspannenden Baum" aufbaut und von den Blaettern dieses Baumes Sensordaten (Quellen) zu dem Wurzelknoten (Senke) sendet. Da bei der Implementierung eines selbststabilierenden Systems u.U. Kompromisse bzgl. der Modellannahmen getroffen werden müssen, soll untersucht werden, in wie weit experimentelle Laufzeitergebnisse von den theoretisch zu erwartenden Ergebnissen abweichen. So wird bei der Modellierung von selbststabilisierenden Systemen oftmals das Vorhandensein eines sog. "zentralen Schedulers" sowie die Atomaritaet komplexerer Befehlsausführungsfolgen auf den einzelnen Sensorknoten vorausgesetzt, diese liegen bei einer konkreten Realisierung u.U. nicht vor. Die Untersuchung soll quantitativ/qualitativ untermauern, welche Auswirkungen die Relaxierung der Modellannahmen bei konkreten Systemen haben. Des weiteren soll das resultierende selbststabilisierende Sensornetzwerk als Demonstrator für den Einsatz des Selbststabilisierungskonzeptes verwendet werden können, d.h., der arbeitende Mechanismus soll für aussenstehende Beobachter nachvollziehbar sein.
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