Verteilte Echtzeit-Systeme

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1 - Verteilte Echtzeit-Systeme Hans-Albrecht Schindler Wintersemester 2018/19 Teil D: Verteilte Echtzeitsysteme Abschnitt 24: Drahtlose Echtzeit-Kommunikation CSI Technische Universität Ilmenau

2 24.1 Übersicht Literatur-Analyse Durch Analyse der vorliegenden Literatur finden sich insbesondere 3 Anwendungsgebiete: 1. Sensor-Netzwerke: Drahtlose Echtzeit-Kommunikation in Sensor-Netzwerken 2. Fabrik-Automatisierung: Wireless Networked Control Systems 3. Automotive Wireless Communication: V2V (Vehicle-to-Vehicle Communication) VANETs (Vehicular ad hoc networks) 24. Drahtlose Echtzeit-Kommunikation / 24.1 Übersicht ws 2018/19 H.-A. Schindler Folie: 24-2

3 24.2 Drahtlose Echtzeit-Kommunikation in Sensor-Netzen (Drahtloses) Sensornetz (wireless sensor network) ist: Rechnernetz von Sensorknoten d.h. kleinen bis sehr kleinen Computern, die per Funk kommunizieren Zusammenarbeit: über infrastrukturbasiertes (mit Basisstation) oder sich selbst organisierendes Ad-hoc-Netzwerk Stichwort: smart dust Sensorknoten: winzig (dust Staubkorn) bis ca. Schuhkarton-groß 24. Drahtl. Echtzeit-Kommunikat. / 24.2 Drahtl. Echtzeit-Kommunikation in Sensor-Netzen ws 2018/19 H.-A. Schindler Folie: 24-3

4 Drahtlose Echtzeit-Kommunikation in Sensor-Netzen Bild 24-1: Smart Dust -Projekt der Berkeley-University (Cal.) 24. Drahtl. Echtzeit-Kommunikat. / 24.2 Drahtl. Echtzeit-Kommunikation in Sensor-Netzen ws 2018/19 H.-A. Schindler Folie: 24-4

5 Drahtlose Echtzeit-Kommunikation in Sensor-Netzen Bild 24-2: Mehr zum Smart Dust -Projekt der Berkeley-University 24. Drahtl. Echtzeit-Kommunikat. / 24.2 Drahtl. Echtzeit-Kommunikation in Sensor-Netzen ws 2018/19 H.-A. Schindler Folie: 24-5

6 Drahtlose Echtzeit-Kommunikation in Sensor-Netzen (Drahtloses) Sensornetz Anwendungen (z.b.) Überwachungssysteme (monitoring) für Naturgebieten (area monitoring) o Waldbrände o Schadstoffe o Tiermigration o militärische Frühwarnsysteme etc Hardware möglichst: billige, winzige, energiesparende Sensorknoten 24. Drahtl. Echtzeit-Kommunikat. / 24.2 Drahtl. Echtzeit-Kommunikation in Sensor-Netzen ws 2018/19 H.-A. Schindler Folie: 24-6

7 Drahtlose Echtzeit-Kommunikation in Sensor-Netzen (Drahtloses) Sensornetz Adhoc-Routing-Protokolle Adhoc-Netze: Knoten kennen Topologie des Netzwerks nicht diese muss er erst festgestellt werden typisch: o neuer Knoten: gibt seine Anwesenheit bekannt o und: versucht Broadcasts seiner Nachbarn zu empfangen o damit: jeder Knoten erlangt Kenntnis über seine Nachbarn u. wie diese zu erreichen sind 24. Drahtl. Echtzeit-Kommunikat. / 24.2 Drahtl. Echtzeit-Kommunikation in Sensor-Netzen ws 2018/19 H.-A. Schindler Folie: 24-7

8 Drahtlose Echtzeit-Kommunikation in Sensor-Netzen (Drahtloses) Sensornetz Adhoc-Routing-Protokolle Protokoll-Typen: Table-driven (proactive) routing On-demand (reactive) routing Hybrid (sowohl proactive und reactive) routing Hierarchisches Routing 24. Drahtl. Echtzeit-Kommunikat. / 24.2 Drahtl. Echtzeit-Kommunikation in Sensor-Netzen ws 2018/19 H.-A. Schindler Folie: 24-8

9 Fabrik-Automatisierung 24.3 Wireless Networked Control Systems Starke Ähnlichkeit mit Sensornetzwerken nach Drahtlose Echtzeit-Kommunikation / 24.3 Wireless Networked Control Systems ws 2018/19 H.-A. Schindler Folie: 24-9

10 24.4 Automotive Wireless Communication V2V Zielstellung: V2V stattet Fahrer von Automobilen mit einem 6ten Sinn aus, um über relevante Vorgänge in der Umgebung zu informieren, um 1. Unfälle zu vermeiden 2. den Verkehrsfluss zu verbessern 24. Drahtlose Echtzeit-Kommunikation / 24.4 Automotive Wireless Communication ws 2018/19 H.-A. Schindler Folie: 24-10

11 Automotive Wireless Communication V2V Verbale Beschreibung: Sobald 2 oder mehr Fahrzeuge sich untereinander in Funkreichweite befinden, bauen sie ein Ad-hoc-Netzwerk auf Da Reichweite einer einzelnen WLAN-Verbindung auf einige hundert Meter beschränkt, ist jedes Fahrzeug auch ein Router u. kann Multihop-Verbindungen zu anderen Fahrzeugen aufbauen Routing-Algorithmus basiert auf Position der Fahrzeuge kann schnelle Änderungen der Ad-hoc-Netzwerk-Topologie handhaben 24. Drahtlose Echtzeit-Kommunikation / 24.4 Automotive Wireless Communication ws 2018/19 H.-A. Schindler Folie: 24-11

12 Automotive Wireless Communication V2V Beispiel: Bild 24-3: Information über Ölspur auf der Fahrbahn 24. Drahtlose Echtzeit-Kommunikation / 24.4 Automotive Wireless Communication ws 2018/19 H.-A. Schindler Folie: 24-12

13 Automotive Wireless Communication V2V V2V-Technik: abgeleitet: von Standard IEEE (Wireless LAN) verwendet: 3 Personal Area Standards (PANs) für in-vehicle communications 1. Blue-tooth (IEEE ) o ermöglicht: automatische Verbindung zwischen Automobil- Audiosystemen 2. ZigBee (IEEE ) o ist: neuer Drahtlos-Niedrig-Energie PAN-Standard für die Anforderungen von Sensoren u. Steuergeräten 3. Ultra Wide Band (UWB) ( a) o benutzt: kurzpulsige Niedrig-Energie Radio-Signale zur Datenübertragung über breites Spektrum von Frequenzen o dadurch: Toleranz gegenüber allen Typen von Störungen 24. Drahtlose Echtzeit-Kommunikation / 24.4 Automotive Wireless Communication ws 2018/19 H.-A. Schindler Folie: 24-13

14 Automotive Wireless Communication VANETs (Vehicular ad hoc Networks) sind: spezielle Form von Mobile Adhoc Networks (MANETs) erfordern: vollständig dezentralisierte Netzwerksteuerung (keine zentrale Komponente könnte u. sollte das Netz organisieren) VANET-Plattform: wird Onboard-Sensoren z.b. GPS umfassen, die für die Netzwerkprotokolle zu benutzen sind, z.b. positionsbasiertes Routing VANET-Applikationen: werden: die Informationen eines Datenpakets auswerten, dann: diese mit eigenen Zustandsinformationen ergänzen, und danach: entscheiden, wie diese aktualisierten Informationen zu kommunizieren sind ( in-network processing) 24. Drahtlose Echtzeit-Kommunikation / 24.4 Automotive Wireless Communication ws 2018/19 H.-A. Schindler Folie: 24-14

15 Automotive Wireless Communication VANETs (Vehicular ad hoc Networks) Bild 24-4: VANET-Architektur 24. Drahtlose Echtzeit-Kommunikation / 24.4 Automotive Wireless Communication ENDE Abschnitt 24 ws 2018/19 H.-A. Schindler Folie: 24-15