Sensornetzwerke. Jan Beutel. Von der Forschung in den Alltag. Institut für Technische Informatik und Kommunikationsnetze (TIK) 12-Dec-06

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1 Sensornetzwerke Von der Forschung in den Alltag Jan Beutel Institut für Technische Informatik und Kommunikationsnetze (TIK) 12-Dec-06

2 Studieren am D-ITET 1993 Abitur in Konstanz/D Studium der Elektrotechnik an der ETH Zurich Monate Industriepraktikum Hilfsassistent am IFU Prof. Reissner, IFE Prof. Tröster 2000 Dipl. El. Ing ETH Zurich 1999 Diplomarbeit in Berkeley USA Mitarbeiter u-blox AG (GPS Empfänger) 2

3 was dann daraus wird ma Slave sniff Slave active Master active Master sniff Standby samples Post-doctoral researcher 2005 Doktor der Technischen Wissenschaften BTnode Project NCCR-MICS Terminodes Polyprojekt Wearable Computing Doktorand am Institut für Technische Informatik und Kommunikationsnetze 3

4 und was sonst noch so passiert 4

5 Sensornetzwerke Was ist das? Ein neuer Anwendungsbereich für Funknetzwerke Viele, einfache Netzwerkknoten die im Verbund zusammen arbeiten Enge Koppelung von Umgebung, Netzwerkknoten und Anwendung Räumlich ausgedehnt In schwer zugänglichen Regionen Breites Benutzerspektrum vom Biologen bis zum Ingenieur 5

6 Temperature (C) Rel Humidity (%) Anwendungen Pflanzenwachstum Redwood Mikroklima in Kalifornien Humidity vs. Time Temperature vs. Time /7/03 9:40 7/7/03 13:41 7/7/03 17:43 7/7/03 21:45 8/7/03 1:47 8/7/03 5:49 8/7/03 9:51 Date 8/7/03 13:53 8/7/03 17:55 8/7/03 21:57 9/7/03 1:59 9/7/03 9/7/03 6:01 10:03 6

7 Anwendungen Präzisions-Landwirtschaft Kartoffelzucht Schädlingsbekämpfung, Düngung 7

8 Argo Globale Ozean Überwachung Globales Netz von Sensoren für Temperatur/Salzgehalt Satellitenverbindung zu Datenzentren an der Küste Im Betrieb seit 2000 Entwickelt und betrieben von Ozeanographen 8

9 Global Vernetzte Wetterstationen 9

10 Umweltüberwachung Soil Temperature ( F) at 2 inches for Aug-26, 10:30 AM 10

11 Acceleration (g) Low resolution Sensor, Test4, Increasing frequency Time (sec) Andere Anwendungen Waldbrände Gebäudeunterhalt Fabrikautomation Erdbeben Tierbeobachtungen `

12 log (# Benutzer pro Computer) Sensornetzwerke Wie geht das? Immer billiger, immer kleiner, immer stärker vernetzt $ $ $ $ $ Zeit 12

13 Die BTnode Plattform Daten Schnittstellen Kommunikation mit Bluetooth Antenne Chipcon Radio Mikroprozessor und Speicher Batterien 13

14 Der BTnode im Detail 14

15 Einfache Sensornetze mit BTnodes Verteilter Algorithmus Alle Knoten suchen Nachbarn Verbinden sich mit diesen Und wiederholen das ganze. loop { while (my_slaves < max_degree) do found_nodes = inquiry(); forall nodes in found_nodes do connect(); } } Alles passiert zufällig, es ist keine Koordination notwendig. 15

16 Demo BTnode Netzwerk 16

17 Was steckt dahinter? Eingebettete Systeme (ES) = Systeme zur Informationsverarbeitung die in ein Produkt eingebaut sind Eigenschaften Werden meist nicht zur Informationsverarbeitung gekauft Sind nur für wenige, spezielle Funktionen geeignet Funktionen werden beim Entwurf festgelegt (einprogrammiert) Lassen sich nicht an beliebige Anwendungen anpassen Eigene Benutzerschnittstellen, oft Regelkreise Der BTnode ist ein Eingebettetes System 17

18 Eingebettete Systeme Beispiele 18

19 Eingebetteter Systeme Funktion Sensorwerte ES Aktorsteuerung Umwelteinflüsse 19

20 Eingebettete Systeme Beispiele Benutzerschnittstelle Prozessor Sensoren Aktuatoren

21 Wie Entsteht Ein Eingebettetes System? Hardware Entwurf Software Entwicklung compile emulate simulate uploa d 21

22 Viele Verschiedene Sensorsysteme 22

23 Platform Vergleich Mikroprozessoren Mica2 Mica2Dot Tmote Sky Hier fehlt Speicher! Imote 23

24 Platform Vergleich Auswertung Mica2 Mica2Dot Tmote Sky Imote BTnode rev3 System Core Radio Systems 24

25 Ein Einfaches BTnode Programm 25

26 Wie Kommt das Programm auf den BTnode? Arbeits PC USB Terminal Programmiergerät BTnode 26

27 Demo Einfache Sensordaten 29

28 Spielzeug für Forscher Lego Mindstorms 30

29 Teile dieser Vorlesung entstammen Material von L. Thiele, ETH Zurich D. Culler, UC Berkeley P. Marwedel, U Dortmund K. Langendoen, TU Delft 31