ISBN 978-3-8439-1457-4

978-3-8439-1457-4, Reihe Elektrotechnik

Randolf Ebelt
Neue Ansätze für die verteilte kooperative räumliche Lokalisierung in drahtlosen Sensornetzwerken

167 Seiten, Dissertation Universität Erlangen-Nürnberg (2014), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Die Lokalisierung in Ad-Hoc-Sensornetzen ist aus mehreren Gründen deutlich schwieriger als die Realisierung eines gleichartigen Messverfahrens in infrastrukturbasierten lokalen Positionierungssystemen. Es liegt ein hoher Grad an Unsicherheit und Flexibilität bezüglich Kommunikationsbeziehungen, geometrischer Konfiguration und Umgebung vor. Die Struktur des Netzes ist in einem weit geringeren Maße geplant, besonders die Abwesenheit von Ankerknoten an bekannten Positionen schränkt die Wahl eines passenden Algorithmus ein und reduziert die mögliche Genauigkeit. Die Ortungslösung soll zudem in den Sensorknoten direkt lokal ermittelt werden, da auf eine zentrale Berechnungsinstanz verzichtet wird. Gleichzeitig strebt man dabei eine möglichst geringe Leistungsaufnahme an.

Im Rahmen dieser Arbeit wurden neuartige Verfahren zur Lokalisierung von drahtlosen Ad-Hoc-Sensornetzen konzipiert, erforscht, sowie mit einem Funktionsdemonstrator experimentell erprobt. Die zugrunde liegenden Distanzmessungen erfolgen mit einem FMCW-Radartransceiver bei einer Mittenfrequenz von 24 GHz mit zusätzlicher verteilter Vorsynchronisation bei 2.4 GHz. Auf der Grundlage eines verteilten Minimierungsverfahrens wurde ein neuartiger Fusionsalgorithmus erarbeitet, der zusätzlich zu den Distanzmessungen auch Winkelmessungen nutzen kann. Es wurde gezeigt, dass durch die flexible Kombination von Distanzen und Winkeln eine deutliche Steigerung der Robustheit und Präzision der anspruchsvollen räumlichen Lokalisierung erreicht werden kann. Die Leistungsfähigkeit der entwickelten Algorithmen und der Sensorknotenhardware wird in unterschiedlichen Szenarien im Innen- und Außenbereich demonstriert. Insgesamt realisiert das System damit erstmals die räumliche Lokalisierung eines Sensornetzwerks mit vollständig drahtlosem Funktionsprinzip bei 24 GHz.