Programmierprojekt Sommersemester 2010 Programmieren eines drahtlosen Informations- und Aktionssystems

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1 Programmieren eines drahtlosen Informations- und Aktionssystems Enkelejda Tafaj Andreas Beck-Greinwald Immanuel Luhn Sebastian Hempel Prof. Dr. Wolfgang Rosenstiel 14. April 2010

2 Inhaltsverzeichnis 1 Einführung Struktur des Praktikumsnetzwerkes Organisation des Praktikums Subversion (SVN) und TRAC Durchführung der Aufgaben Benotung der Scheine Anleitung - Einführung in die BT-Norm, in Sensornetze und in den Sensor/Aktorknoten BTnode Allgemeines über Bluetooth Sehr kurze Einführung in Sensornetze Der Sensor/Aktor Knoten BTnode Aufgabe 1 - Pflichtenheft Anleitung - Einführung in die BT-Norm, in Sensornetze und in den Sensor/Aktorknoten BTnode Allgemeines über Bluetooth Sehr kurze Einführung in Sensornetze Der Sensor/Aktor Knoten BTnode Fragen zur Bluetooth-Technologie Erstellung des Pflichenheftes Literatur 17 A Lastenheft Drahtloses Informations- und Aktionssystem A 1 A.1 Ausgangssituation und Zielsetzung A 1 A.2 Produkteinsatz A 1 A.3 Produktübersicht A 1 A.4 Funktionale Anforderungen A 2 A.4.1 Der mobile Knoten (MK) A 2 A.4.2 Der Host-Knoten A 3 A.4.3 Sensor/Aktorknoten A 3 A.5 Nichtfunktionale Anforderungen A 3 A.6 Entwicklungszyklus, Systemarchitektur A 4 A.7 Lieferumfang A 4 A.8 Abnahmekriterien A 4 2

3 1 Einführung Willkommen beim Programmierprojekt Programmieren eines drahtlosen Informationsund Aktionssystems, das praktische Erfahrungen beim Entwickeln und Programmieren von mobilen Eingebetteten Systemen (ES) vermitteln will. Die Teilnehmer sollen in drei Gruppen zu je zwei bis drei Studierenden eine kleine Programmentwicklung aus dem Gebiet mobile Eingebettete Systeme nachvollziehen und dabei moderne Entwicklungswerkzeuge und Komponenten kennenlernen. Darüber hinaus werden sie mit fortschrittlichen Aspekten der ES-Entwicklung wie Interdisziplinarität, Teamarbeit, Wiederverwendbarkeit der Komponenten etc. vertraut gemacht. Ziel des Praktikums ist die Entwicklung und Inbetriebnahme eines kleinen drahtlosen Sensor/Aktornetzwerks innerhalb eines Gebäudes auf Basis der Bluetoothtechnologie. Das Praktikum gliedert sich in mehrere Aufgaben mit praktischen Aufgabenstellungen, die in Gruppen innerhalb von einer Woche entsprechend dem Zeitplan bearbeitet werden. Spätestens nach Ablauf der Frist ist für die jeweilige Aufgabe eine schriftliche Ausarbeitung bzw. ein Programmteil abzugeben. Für die Bearbeitung der Aufgaben und die Anfertigung der Ausarbeitungen können speziell ausgestattete Rechner im Praktikumsraum C220 (Sand 14) benutzt werden. Die meisten Aufgaben können aber, nach Installation der entsprechenden Software, gerne auch auf den heimischen Rechnern durchgeführt werden. Verwendete Programmiersprachen sind: C, JavaSE und Java2ME. 1.1 Struktur des Praktikumsnetzwerkes Das Praktikumsnetzwerk (Abb. 1.1), Informations- und Aktionssystem genannt, zeigt drei verschiedene Arten von Knoten, die drahtlos über Blootooth miteinander kommunizieren können: 1. Der Hostknoten, bestehend aus einem PC mit BT-Dongle 2. Der mobile Knoten (fortan MK), bestehend aus BT-fähigem Mobiltelefon (MT) 3. Der Sensor/Aktorknoten, bestehend aus einer BTnode-Einheit. Die BTnode ist eine Sensor/Aktor-Einheit, die an der ETH Zürich entwickelt wurde [1] und drahtlos über die Bluetooth-Technologie mit dem MK in Verbindung treten kann. Die BTnode ist u. a. mit einem AVR Mikrokontroller versehen, der in C programmiert wird. Abbildung 1.2 zeigt die BTnode als Sensor- und Aktorknoten. Der Hostknoten versorgt den MK drahtlos mit Diensten (Services) zur Übertragung von Daten, beispielsweise für die Übertragung eines Lageplans eines Gebäudes. In unserem Fall besteht der Host aus einem PC, an dem über einen USB-Port ein BT-Dongle 3

4 LAN BT-Knoten Aktor Mobiler Knoten BT-Mobil-Telefon Host mit BT-Dongle BT-Knoten Sensor Informations- Abbildung 1.1: Schematische Darstellung des Praktikums-Netzwerks: und Aktionssystem angeschlossen ist und der über das Universitäts-LAN auf das Internet zugreifen kann. 1 Der MK besteht aus einem mobilen Telefon mit BT-Fähigkeit. Als Anwendung des MK sind z.b. ein mobiler Führer durch ein Museum oder einen Supermarkt oder etwa der Rollstuhl eines Behinderten, der mit seiner Umgebung kommuniziert denkbar. BTnode als Sensor-Knoten für Notruf-Schalter, Batteriestatus Und Temperaturmessung Aktor-Knoten LED Abbildung 1.2: Der Sensor/Aktorknoten als Sensor bzw. als Aktor Die Aufgaben des MK sind: aktiv die Dienste des Hosts abfragen und in Anspruch nehmen den Aktorknoten aktivieren Sensorfunktionen ausführen, z. B. Abfragen eines Notfallschalters eines Temperaturmessers 1 4

5 des Akkufüllstandes (der BTnode) Der Aktorknoten dient dazu, ein Gerät (z.b. eine Beleuchtung oder ein Heizungsgerät) ein- und auszuschalten. Er besteht aus einer BTnode (s. u.), die über einen elektronischen Kontakt ein Relais und damit beliebige Verbraucher schalten kann. 1.2 Organisation des Praktikums Es werden drei Gruppen zu je zwei bis drei Teilnehmern gebildet, die folgende Knoten des Praktikumsnetzwerks programmieren: Gruppe A: BTnode: Programmieren in C. Empfohlene IDE: Eclipse. Programmierung des AVR Mikrokontrollers Gruppe B: Mobiltelefon: Programmieren in Java (JavaME - Micro Edition). Empfohlene IDE: JME SDK 3.0 Gruppe C: Host: Programmieren in Java (JavaSE). Empfohlene IDE: Eclipse Aufgabe 1: Aufgabe 2: Aufgabe 3: Aufgabe 4: Aufgabe 5: Gruppe A Gruppe B Gruppe C BTnode Mobiltelefon Host BT-Grundlagen und Pflichtenheft Vorbereitung: Entwicklungsumgebung, Inquiry Erste Kommunikation Jede Gruppe schickt ein Hallo Nachbar Spezifikation Entwurfsdokumentation Tabelle 1.1: Phase 1 der Entwicklung des Praktikumsnetzwerks: Vorbereitungen, Vorausgehende Dokumentation: Pflichtenheft, Spezifikation und Entwurfsdokument Die Entwicklung des Informations- und Aktionssystems erfolgt in drei Phasen. Tabelle 1.1 zeigt die Phase 1 mit 5 Aufgaben. Da für jede Aufgabe eine Woche angesetzt wird, dauert die Phase 1 fünf Wochen. Tabelle 1.2 zeigt die Implementierungsphase mit den Aufgaben 6 bis 9, für die somit insgesamt vier Wochen angesetzt werden. Tabelle 1.3 zeigt die Test- und Abschlussdokumentationsphase mit den Aufgaben 10 bis 12, die insgesamt drei Wochen dauert. Zum Abschluss hält jede/jeder Studierende noch einen ca. fünfminütigen Vortrag über das Praktikum, wobei positive Kritik und Verbesserungsvorschläge erwünscht sind. 5

6 Gruppe A Gruppe B Gruppe C BTnode Mobiltelefon Host Aufgabe 6: I/O, ADC Midlet schreiben Server-Struktur Aktorfunktion Dienstanfrage Dienstantwort Aufgabe 7: Threads Telefonservice Alle Services Dienstantwort Gebäudeplan programmieren Aufgabe 8: Antworten auf Quiz und Quiz und GUI Sensoranfragen Dienstanfragem Aufgabe 9: Codereview und Korrekturen Tabelle 1.2: Entwicklungs-Phase 2: Implementierung Aufgabe 10: Aufgabe 11: Aufgabe 12: Gruppe A Gruppe B Gruppe C BTnode Mobiltelefon Host Testprogramm und Test Programm-Dokumentation mit Doxygen und Javadoc Benutzerhandbuch Freigabe des Systems an den Kunden Kurze Vorträge Abschlussdiskussion Tabelle 1.3: Entwicklungs-Phase 3: Test, Abschlussdokumentation und Freigabe 1.3 Subversion (SVN) und TRAC Die Lösung der Aufgaben und die Source-Codes werden in das Subversion-System (SVN) gestellt. TRAC ist ein Kommunikationssystem, das unter SVN läuft und mit Hilfe dessen Sie untereinander und mit den Betreuern kommunizieren können. Bitte benutzen Sie TRAC so häufig wie möglich. Ihre Mitarbeit bewerten wir auch anhand der TRAC- Einträge. TRAC finden Sie unter: wird noch bekannt gegeben Link zum SVN: 6

7 1.4 Durchführung der Aufgaben Die Aufgaben sind von den Teilnehmern des Praktikums zu bearbeiten. Alle Aufgaben sind in Gruppen zu lösen. Die Zusammenarbeit in den Gruppen und zwischen den Gruppen ist ausdrücklich erwünscht und wichtig. Jede Gruppe stellt pro Aufgabe eine gemeinsame Ausarbeitung termingerecht ins SVN. Uns, den Betreuern liegt viel daran, dass alle Gruppenmitglieder an der Bearbeitung der Aufgaben beteiligt sind und die Programmieraufgabe verstanden haben. Daher werden wir hauptsächlich nach den Programmieraufgaben Codereviews durchführen und Fragen zu den Programmen stellen. Für Fragen während der Bearbeitung der Aufgaben stehen wir daher gerne zur Verfügung. Wichtig ist weiterhin, dass Sie das Kommunikationssystem TRAC für Fragen, Terminvereinbarungen, Darstellung von Problemen etc. benutzen. 1.5 Benotung der Scheine Scheinkriterien sind: Sie müssen alle Aufgaben gelöst haben. Leider müssen die Betreuer die Scheine benoten. Die Benotung erfolgt für jede/jeden Studentin/Studenten persönlich. Grundsätzlich wird zunächst jede der 12 Aufgaben benotet. Zusätzlich zählen noch folgende Kriterien: Mitarbeit Kommunikation zwischen den Gruppen Termintreue 7

8 1.6 Anleitung - Einführung in die BT-Norm, in Sensornetze und in den Sensor/Aktorknoten BTnode Allgemeines über Bluetooth Die Namensgebung Bluetooth ist eine Hommage an den im 10. Jahrhundert lebenden Wikingerkönig Harald Blauzahn (Harald Blåtand, engl. Bluetooth). Harald Blåtand hatte Skandinavien weitgehend christianisiert und vereint. Die Wahl eines schwedischen Namensgebers erfolgte aufgrund der hohen Beteiligung der schwedischen Firma Ericsson an der Bluetoothentwicklung. Bluetooth ist nach IEEE ein Standard für Funknetze über kurze Distanzen. Die Entwicklung begann in den 90er Jahren mit Forschungen der Firma Ericsson. Basierend auf den Ergebnissen dieser Studie wurde im September 1998 die SIG (Special Interest Group) Bluetooth unter Beteiligung von Nokia, IBM, Toshiba und Intel gegründet. Mittlerweile hat die SIG über 4000 Mitglieder. Die SIG ist verantwortlich für die Entwicklung und Erweiterung der Bluetoothspezifikation. So entstanden seit Veröffentlichung der Spezifikation von Bluetooth 1.0 am die Erweiterungen 1.0b, 1.1, v1.2 und seit v2.0 + EDR. Bitte lesen Sie weiter in Kapitel 5 in [2] Sehr kurze Einführung in Sensornetze Sensornetzwerke bestehen aus einer Menge von Sensorknoten, die über ein Netzwerk verbunden sind. Die einzelnen Sensoren sind meist direkt an die Sensorknoten angeschlossen. Das Netzwerk funktioniert heute meist drahtlos. Die möglichen Aufgaben eines Sensorknotens sind u.a. Messen einfacher physikalischer Parameter Speichern der Sensordaten Bearbeiten von Sensordaten Weiterleiten der Sensordaten Die zunehmende Miniaturisierung von Prozessoren führte zu extrem kleinen, kostengünstigen und autonomen Sensorknoten, die drahtlos miteinander kommunizieren und sich selbständig organisieren. Diese können beispielsweise in großer Zahl und in einem großen Gebiet ausgebracht werden und überwachen ihre Umgebung solange, bis ihre Energiereserven erschöpft sind. Die Attribute klein, billig, in großer Zahl verfügbar und autonom haben die Idee unter dem Schlagwort smart dust (intelligenter Staub) bekannt gemacht. Sensor-Netzwerke können als preiswerte Alternative zu klassischen Sensoranordnungen dienen, wie sie etwa bei Testfahrten der Fahrzeugindustrie eingesetzt werden. Denkbar 8

9 ist, dass tausende von Sensorknoten in einem Gebiet von Interesse oder innerhalb eines Objektes platziert werden und pervasive Ad-hoc-Netzwerke bilden, die eine Überwachung komplexer physikalischer Systeme gestatten. Somit würden sich Sensornetze besonders zur Überwachung grosser Flächen eignen. Sie werden eingesetzt bei: Umweltschutz durch Messung von Schadstoffkonzentrationen in Gewässern Katastrophenschutz (frühzeitige Erkennung von Waldbränden, Lawinen, Tsunamis) Tierbeobachtung mit Hilfe von Bewegungssensoren, oder mit Miniatur-Sendern, welche die Tiere tragen Gebäude- oder Geländesicherung durch Detektion von Geräuschen Militärischen Aufgaben Sensornetze übernehmen hauptsächlich Überwachungs- und Kontrollfunktionen. Falls die Knoten zusätzlich mit Aktoren ausgestattet sind, können sie auch Steuerungsaufgaben übernehmen. Abbildung 1.3: Die BTnode v3.22, aus [1] Der Sensor/Aktor Knoten BTnode Eine BTnode ist eine vielseitige, autonome, kabellose Datenübertragungs und -bearbeitungs-plattform, die in ad-hoc- und Sensor-Netzwerken verwendet wird. Sie wurde an der ETH Zürich entwickelt [1] und liegt zurzeit in der Version 3.24 vor. Die Abbildung 2.1 zeigt die Version 3.22, die wir zur Verfügung haben. Die Plattform besteht aus einem Bluetooth-Subsystem, einem Low-Power-Funk-Subsystem (Radio) und einem Mikrokontroller. Dank des Low-Power-Funk-Subsystems ist die BTnode kompatibel zu den Berkeley Mica2 Motes, die ebenfalls als Knoten in drahtlosen ad-hoc Netzwerken verwendet werden. 1 9

10 2 Aufgabe 1 - Pflichtenheft Ausgabe: Mittwoch, Abgabe: (Eintrag ins SVN-System) Montag, : 18:00 Uhr. 2.1 Anleitung - Einführung in die BT-Norm, in Sensornetze und in den Sensor/Aktorknoten BTnode Allgemeines über Bluetooth Die Namensgebung Bluetooth ist eine Hommage an den im 10. Jahrhundert lebenden Wikingerkönig Harald Blauzahn (Harald Blåtand, engl. Bluetooth). Harald Blåtand hatte Skandinavien weitgehend christianisiert und vereint. Die Wahl eines schwedischen Namensgebers erfolgte aufgrund der hohen Beteiligung der schwedischen Firma Ericsson an der Bluetoothentwicklung. Bluetooth ist nach IEEE ein Standard für Funknetze über kurze Distanzen. Die Entwicklung begann in den 90er Jahren mit Forschungen der Firma Ericsson. Basierend auf den Ergebnissen dieser Studie wurde im September 1998 die SIG (Special Interest Group) Bluetooth unter Beteiligung von Nokia, IBM, Toshiba und Intel gegründet. Mittlerweile hat die SIG über 4000 Mitglieder. Die SIG ist verantwortlich für die Entwicklung und Erweiterung der Bluetoothspezifikation. So entstanden seit Veröffentlichung der Spezifikation von Bluetooth 1.0 am die Erweiterungen 1.0b, 1.1, v1.2 und seit v2.0 + EDR. Bitte lesen Sie weiter in Kapitel 5 in [2] Sehr kurze Einführung in Sensornetze Sensornetzwerke bestehen aus einer Menge von Sensorknoten, die über ein Netzwerk verbunden sind. Die einzelnen Sensoren sind meist direkt an die Sensorknoten angeschlossen. Das Netzwerk funktioniert heute meist drahtlos. Die möglichen Aufgaben eines Sensorknotens sind u.a. Messen einfacher physikalischer Parameter Speichern der Sensordaten Bearbeiten von Sensordaten Weiterleiten der Sensordaten 10

11 Die zunehmende Miniaturisierung von Prozessoren führte zu extrem kleinen, kostengünstigen und autonomen Sensorknoten, die drahtlos miteinander kommunizieren und sich selbständig organisieren. Diese können beispielsweise in großer Zahl und in einem großen Gebiet ausgebracht werden und überwachen ihre Umgebung solange, bis ihre Energiereserven erschöpft sind. Die Attribute klein, billig, in großer Zahl verfügbar und autonom haben die Idee unter dem Schlagwort smart dust (intelligenter Staub) bekannt gemacht. Sensor-Netzwerke können als preiswerte Alternative zu klassischen Sensoranordnungen dienen, wie sie etwa bei Testfahrten der Fahrzeugindustrie eingesetzt werden. Denkbar ist, dass tausende von Sensorknoten in einem Gebiet von Interesse oder innerhalb eines Objektes platziert werden und pervasive Ad-hoc-Netzwerke bilden, die eine Überwachung komplexer physikalischer Systeme gestatten. Somit würden sich Sensornetze besonders zur Überwachung grosser Flächen eignen. Sie werden eingesetzt bei: Umweltschutz durch Messung von Schadstoffkonzentrationen in Gewässern Katastrophenschutz (frühzeitige Erkennung von Waldbränden, Lawinen, Tsunamis) Tierbeobachtung mit Hilfe von Bewegungssensoren, oder mit Miniatur-Sendern, welche die Tiere tragen Gebäude- oder Geländesicherung durch Detektion von Geräuschen Militärischen Aufgaben Sensornetze übernehmen hauptsächlich Überwachungs- und Kontrollfunktionen. Falls die Knoten zusätzlich mit Aktoren ausgestattet sind, können sie auch Steuerungsaufgaben übernehmen. Abbildung 2.1: Die BTnode v3.22, aus [1] 11 1

12 2.1.3 Der Sensor/Aktor Knoten BTnode Eine BTnode ist eine vielseitige, autonome, kabellose Datenübertragungs und -bearbeitungs-plattform, die in ad-hoc- und Sensor-Netzwerken verwendet wird. Sie wurde an der ETH Zürich entwickelt [1] und liegt zurzeit in der Version 3.24 vor. Die Abbildung 2.1 zeigt die Version 3.22, die wir zur Verfügung haben. Die Plattform besteht aus einem Bluetooth-Subsystem, einem Low-Power-Funk-Subsystem (Radio) und einem Mikrokontroller. Dank des Low-Power-Funk-Subsystems ist die BTnode kompatibel zu den Berkeley Mica2 Motes, die ebenfalls als Knoten in drahtlosen ad-hoc Netzwerken verwendet werden. 12

13 Aufgabe 1 Für alle Gruppen: In dieser Aufgabe müssen Sie: 1. Untenstehende Fragen beantworten und 2. Das Pflichtenheft schreiben Für das Pflichtenheft darf jede Gruppe die unten angegebenen Abschnitte bearbeiten. Lesen Sie die Anleitung und das Lastenheft gründlich. Sie können beides herunterladen von > Lehre > Programmierprojekt. Das Informationssystem soll auf Basis der Bluetooth-Technologie realisiert werden. Informieren Sie sich zunächst über diese Technologie anhand der Anleitung und ziehen Sie das angegebene Buch [2] zu Rate. 2.2 Fragen zur Bluetooth-Technologie Beantworten Sie die folgenden Fragen schriftlich. Die Antworten werden gruppenweise ins SVN gestellt, d. h. jede Gruppe stellt ein Antworten-Dokument ins SVN. Der Kopf des Antwortendokuments soll enthalten: Lehrveranstaltung/Arbeitsbereich (TI) Aktuelles Semester (SS 2010) Gruppe und Namen der Gruppenteilnehmer Aufgaben-Nummer und Datum Fragen Zur Beantwortung der folgenden Fragen lesen Sie Kapitel 5 des Buches M. Sauter: Grundkurs Mobile Kommunikationssysteme, [2]: Beantworten Sie die Fragen Nr. 1 bis 3 und 5 bis 9 aus dem Sauter Seite 412. Beantworten Sie zusätzlich folgende Fragen: 1. Erklären Sie das Master-Slave Konzept und beschreiben sie, was Sensornetze sind! 2. Kann es Probleme geben, bei der Benutzung von BT hinsichtlich anderer drahtloser Übertragungstechnologien? Welche Technologien können das sein? Wie reagiert BT auf evtl. Übertragungsstörungen durch andere Sender? 13

14 2.3 Erstellung des Pflichenheftes Das Pflichtenheft (PH) ist Ihr Angebotsdokument für den Kunden. Es enthält praktisch dieselben Abschnitte wie das Lastenheft (LH, siehe Anhang). Im Lastenheft beschreibt der Kunde, was er gerne haben möchte. Im Pflichtenheft beschreiben Sie, was Sie ihm liefern werden (oder liefern wollen und können). Im Pflichtenheft stehen bereits Realisierungsangebote, z. B. Sie wählen als Kommunikationsmedium die Bluetooth-(BT)- Technologie aus, als Mobilen Knoten ein Mobiltelefon, als Host einen PC mit BT-Dongle, als Sensor/Aktor-Knoten die BTnode. Das PH soll in LaTex oder MikTex angelegt werden. Eine Vorlage der TeX-Datei finden Sie auf unserer Internet-Seite (pflichtenheftrahmen.tex, mit Bildern). Abgabe einer pdf-datei für alle Gruppen. Gruppe A 1. Erstellen Sie den Abschnitt 1 des Pflichtenhefts: Zielbestimmung. Musskriterien: Alle Musskriterien stehen im Lastenheft: Es ist das drahtlose Informationsund Aktionssystem, mit den drei Knoten, das Kommunikationsmedium ist die Bluetooth-(BT)-Technologie. Die Funktionen der Knoten stehen im Abschnitt A.4. des LH. Wunschkriterien können Sie sich selbst ausdenken, die Sie anbieten wollen, aber dann auch realisieren müssen. Abgrenzungskriterien: Ein Abgrenzungskriterium sind z. B. die Reichweiten der Knoten. 2. Legen Sie den Abschnitt 4.3. des Pflichtenhefts an: Produktfunktionen des Sensor/Aktorknotens. 3. Erstellen Sie Abschnitt 4.3.1: Der verwendete Sensor/Aktorknoten. Beschreiben Sie sehr kurz den verwendeten Sensor/Aktorknoten (siehe Anleitung), drei oder vier Sätze genügen. 4. Erstellen Sie Abschnitt 4.3.2: Die Dienstabfrage und das Dienstangebot des Sensor/Aktorknotens. Die Dienste können als Bullet-Liste aufgeführt werden. Anmerkung: Die präzise Schnittstellen-Beschreibung wird in der Spezifikation angelegt. Sie muss mit der Gruppe B abgestimmt werden. 5. Erstellung des Abschnitts 5 des Pflichtenhefts. Sie können diesen Abschnitt im Wesentlichen aus dem Lastenheft (Abschnitt A.5) übernehmen. Sie müssen diesen Abschnitt lediglich aus der Spezifikationssicht umformulieren, z. B: Folgende nichtfunktionale Anforderungen werden berücksichtigt:... D. h. jedes soll wird sinngemäß in ein wird umformuliert. Gruppe B 1. Erstellen Sie den Abschnitt 2 des Pflichtenhefts: Produkteinsatz. (Anwendungsbereiche, Zielgruppen, Betriebsbedingungen: physikalische Umgebung des Systems, tägliche Betriebszeit, ständige Beobachtung des Systems durch Bediener oder unbeaufsichtigter Betrieb.) Sie finden alle Angaben, die Sie brauchen im Lastenheft 14

15 (LH, Abschnitt A.2). Formulieren Sie die Forderungen des Lastenhefts um: Sie liefern all das, was im Lastenheft gefordert wird. 2. Legen Sie den Abschnitt 4.1 des Pflichtenhefts an: Produktfunktionen des Mobilen Knotens (MK). 3. Erstellen Sie Abschnitt 4.1.1: Das Mobiltelefon (MT) als Mobiler Knoten. Sie verwenden ein programmierbares MT. Es wird als Client programmiert und liefert die geforderten Funktionen. 4. Erstellen Sie Abschnitt 4.1.2: Die Abfrage- oder Inquiry-Funktion des MK. Die BT-Geräte in Funkreichweite müssen aufgelistet werden. 5. Erstellen Sie Abschnitt 4.1.3: Die Dienstabfragen des MT. Das MT fragt die Dienste des Server/Aktor-Knotens und des Host ab und nutzt sie. Entnehmen Sie die Dienste dem Lastenheft. Anmerkung: Die präzise Schnittstellen-Beschreibung wird in der Spezifikation eingefügt, die Sie mit den Gruppen A und C abstimmen. Die Dienste sowohl des Sensor/Aktorknotens als auch des Host müssen angezeigt werden. 6. Erstellung des Abschnitts 6 des Pflichtenhefts. Sie können diesen Abschnitt im Wesentlichen aus dem Lastenheft (A.6) übernehmen. Erwähnen Sie, dass SW- Architekturen im Abschnitt 4 beschrieben werden. Erwähnen Sie zudem, dass sich der Entwicklungszyklus in etwa am Wasserfallmodell orientiert. Gruppe C 1. Erstellen Sie den Abschnitt 3 des Pflichtenhefts: Produktübersicht. Übernehmen Sie die Abbildung 1 aus dem Lastenheft. 2. Legen Sie den Abschnitt 4.2 des Pflichtenhefts an: Produktfunktionen des Hostknotens. 3. Erstellen Sie Abschnitt 4.2.1: Einführung in den Hostknoten. 4. Erstellen Sie Abschnitt 4.2.2: Die Abfrage- oder Inquiry-Funktion des Hostknotens. Die BT-Geräte in Funkreichweite müssen aufgelistet werden. 5. Erstellen Sie Abschnitt 4.2.3: Die Dienstabfrage und das Dienstangebot des Hostknotens. Erwähnen Sie, dass Sie ein gefälliges GUI anbieten. Anmerkung: Die präzise Schnittstellen-Beschreibung wird später in der Spezifikation eingefügt, die Sie mit der Gruppe B abstimmen. Listen Sie die angebotenen Dienste auf. 6. Erstellung des Abschnitts 7 des Pflichtenhefts. Sie können diesen Abschnitt im Wesentlichen aus dem Lastenheft (A.7) übernehmen. Sie müssen diesen Abschnitt lediglich in die Spezifikationssicht umformulieren, d. h. Der erste Satz Abschnitt 15

16 7 ist bereits ok. Der zweite Satz muss in etwa lauten: Der Entwicklung wird... zugrunde gelegt Erstellung des Abschnitt 8 des Pflichtenhefts: Allgemeines über Validierung und Tests kurz beschreiben. 16

17 Literaturverzeichnis [1] Btnodes - a distributed environment for prototyping ad hoc networks. [2] Martin Sauter. Grundkurs Mobile Kommunikationssysteme. Vieweg Verlag,

18 A Lastenheft Drahtloses Informations- und Aktionssystem A.1 Ausgangssituation und Zielsetzung Es besteht Bedarf für drahtlose Informationssysteme in weitläufigen öffentlichen oder privaten Gebäuden. Ein Beispiel für ein solches Informationssystem ist ein Navigationssystem, das einem nicht ortskundigen Besucher hilft, schnell und sicher den Weg zu einem gesuchten Ziel zu finden bzw. um weitere Informationen zu erhalten. Ein Beispiel für weitere Informationen wäre die Ankündigung von Sonderangeboten in einem Supermarkt. Das Informationssystem ist auch für gehbehinderte Personen (z. B. für Rollstuhlfahrer) gedacht. Ziel des Projekts ist die Bereitstellung eines drahtlosen Informations- und Aktionssystems innerhalb von Gebäuden. A.2 Produkteinsatz Das oben genannte Informationssystem (wie zum Beispiel ein Navigationssystem) kann innerhalb von Gebäuden wie z.b. Flughäfen, Bahnhöfen, Supermärkten, Theatern, öffentlichen Gebäuden und Einrichtungen (Behörden, Universitäten, Konferenzzentren, Messen, Ausstellungen) eingesetzt werden. Ein Aktionssystem in diesem Zusammenhang bedeutet, dass ein Benutzer bestimmte Aktionen mit diesem System ausführen kann, z. B. Einschalten der Beleuchtung, wenn ein dunkler Raum betreten wird oder das Absetzen eines Notrufs über das öffentliche Fernsprechnetz. Letztere Funktion kann insbesondere für Rollstuhlfahrer von Bedeutung sein, die in eine Notsituation geraten sind und Hilfe benötigen. Für Fahrer elektrischer Rollstühle soll als zusätzlicher Dienst die Möglichkeit bestehen, den Füllstand des Akkus anzuzeigen. Ein nicht ortskundiger Besucher eines öffentlichen Gebäudes erhält leihweise ein kleines tragbares Gerät mit Bildschirm und Tastatur und kann damit zu einem gesuchten Ziel (Beispiel Sekretariat der TI, wenn das Gebäude Sand 14 betreten wird) geleitet werden. A.3 Produktübersicht Das Produkt wird über ein drahtloses Netzwerk innerhalb eines Gebäudes realisiert. Das Netzwerk besteht aus drei unterschiedlichen Knotentypen: Mobiler Knoten (MK). Es ist ein tragbares Gerät mit Bildschirm und Tastatur, das mit einem oder mehreren Sensor/Aktorknoten und mit einem Hostrechner (Server) A 1

19 drahtlos kommunizieren kann. Sensor/Aktorknoten: Dieser Knoten hat eine Sensor- und eine Aktorfunktion. Mit dem Sensor sollen ein Notfallschalter, eine Akkuspannung und ein Temperaturmesser abgefragt werden können. Die Sensordaten sollen per Anfrage vom mobilen Knoten an diesen drahtlos übermittelt werden. Mit Hilfe der Aktorfunktion soll eine Beleuchtung über einen Befehl des MK, der drahtlos übermittelt wird, eingeschaltet werden können. Fester Knoten oder Host-Knoten. Es ist ein Computer, der mit dem LAN des Gebäudes verbunden ist und der drahtlos mit dem mobilen Knoten kommunizieren kann Abbildung A.1 zeigt schematisch das drahtlose Netzwerk: Aktor-Knoten MK Host-Knoten Sensor-Knoten LAN Abbildung A.1: Schema des drahtlosen Netzwerks A.4 Funktionale Anforderungen A.4.1 Der mobile Knoten (MK) Der MK besteht aus einem Anzeige/Tastaturteil und einem Sensor-Knoten. Kommt ein mobiler Knoten in den Sende/Empfangsbereich des Host oder des Sensor/Aktor- Knotens, so soll er die Knoten erkennen und dem Benutzer anzeigen. Gewünscht ist auch, dass der Benutzer des MK die aktiven Knoten in seinem Sende/Empfangsbereich entdeckt. Der Benutzer kann einen Knoten auswählen und mit diesem Verbindung aufnehmen. Der MK fungiert demnach als Client und kann alle angebotenen Dienste des Hosts als auch des Sensor/Aktorknotens, die als Server dienen, abfragen, anzeigen, auswählen und nutzen. 1 Der Sende/Empfangsbereich des MK soll ca. 10 m betragen. A 2

20 A.4.2 Der Host-Knoten Der Host-Knoten soll einen MK, der in seinen Sende/Empfangsbereich gelangt, entdecken. (Clientfunktion). Der Host soll einem MK, der mit ihm verbunden ist, folgende Host-Dienste anbieten (Serverfunktionen): Telefonnummer des Sekretariats senden Gebäudeplan senden Frage- und Antwortspiel (Quiz) Anzeige auf dem Bildschirm des Host: Alle mit dem Host drahtlos verbundenen Geräte Status der laufenden Verbindung, alle Aktionen sollen gezeigt werden Der Host-Server soll mehrere Clients nebenläufig bedienen können. Der Sende/Empfangsbereich des Hostknotens soll ca. 100 m betragen. A.4.3 Sensor/Aktorknoten Der Sensor/Aktorknoten soll dem MK als Server dienen. Die Sensorfunktionen des Sensor/Aktorknotens sind folgende: Abfragen eines Notfallschalters und übermitteln des Status desselben an den MK. Abfragen des Akku-Füllstands und übermitteln des Füllstands an den MK. Abfragen eines Temperaturfühlers und übermitteln der Temperatur an den MK. Abfragen des Beleuchtungs-Status und übermitteln desselben an den MK. Die Aktorfunktionen des Sensor/Aktorknotens sind folgende: Einschalten einer Beleuchtung Der Sende/Empfangsbereich des Sensor/Aktorknotens soll ca. 10 m betragen. A.5 Nichtfunktionale Anforderungen Folgende nichtfunktionalen Anforderungen sollen eingehalten werden: Benutzbarkeit: Die Bedienerführung soll einfach und selbsterklärend sein. Unnötige Anzeigen sollen weggelassen werden. Beim Eintritt des MK in den Sende/Empfangsbereich sollen die Anzeigen auf dem Bildschirm schnell erscheinen. Ein Starten des Programms über einen Startknopf ist zulässig. A 3

21 Zuverlässigkeit: Das System soll zuverlässig, immer betriebsbereit und wartungsfrei arbeiten. Effizienz: Die Technologie des Systems soll dem Stand der Technik (state of the art) entsprechen. D. h. der Aufwand an HW und Energieverbrauch für das System soll zeitgemäß sein. Änderbarkeit: Zufügen und Ändern von Funktionen soll mit angemessenem Aufwand, d. h. möglichst durch SW-Änderungen durchführbar sein. Die SW soll im Feld nachgerüstet werden können. A.6 Entwicklungszyklus, Systemarchitektur Die Struktur des Informationssystems zeigt Abbildung A.1. Der Entwicklungszyklus bzw. die Systemarchitektur wird im Rahmen der Ausarbeitung des Pflichtenhefts festgelegt. A.7 Lieferumfang Die Entwicklung ist ausgerichtet auf eine Stückzahl von maximal 100 Systemen, die über einen Zeitraum von ca. einem Jahr ausgeliefert werden. Es wird empfohlen, handelsübliche Hardware der Entwicklung zugrunde zu legen. A.8 Abnahmekriterien Bei Abschluss der Entwicklungszeit wird mindestens ein funktionierender Prototyp des Systems vorgelegt. Der Prototyp muss allen funktionalen und nichtfunktionalen Anforderungen aus den Abschnitten 4 und 5 genügen. A 4