Remote configuration of (meshed) sensor nodes in home and building automation

Abstract

Sensorknoten sind ein integraler Bestandteil der Heim- und Gebäudeautomation. Diese Geräte können über drahtlose Sensornetzwerke verbunden werden. Aufgrund der großen Anzahl von eingesetzten Sensorknoten und der Reichweite, die sie abdecken müssen, ist eine manuelle Aktualisierung zeitaufwändig und mühsam. Diese Diplomarbeit untersucht verschiedene Technologien und Standards, die eine Fernkonfiguration von Sensorknoten in der Heim- und Gebäudeautomation ermöglichen. Ein weiterer Fokus liegt auf den Themen Sicherheit und Zuverlässigkeit eines Over-the-Air-Systems. Basierend auf der Forschung wird eine Reihe von Anforderungen für ein sicheres und zuverlässiges Over-the-Air-System entwickelt. Besonderes Augenmerk liegt auf der Designauswahl der Kombination aus dem Zephyr-Echtzeitbetriebssystem für die Sensorknoten und der drahtlosen Thread-Technologie für das Mesh-Netzwerk. Grund ist die fehlende Forschung zu den Over-the-Air-Fähigkeiten dieser beiden Technologien. Eine Beispielarchitektur wird implementiert und anhand der gegebenen Anforderungen evaluiert. Darüber hinaus werden Bewertungen der Aktualisierungszeiten und der Zuverlässigkeit des entwickelten Systems durchgeführt und Vorschläge für weitere Verbesserungen präsentiert.

Sensor nodes present an integral part of Home and Building Automation (HBA). These devices are usually connected with Wireless Sensor Networks (WSN). Due to the large number of deployed sensor nodes and a wide area they have to cover, updating them manually requires time and effort. This thesis investigates different technologies and standards that allow remote configuration of sensor nodes in HBA. Additional focus is given on the topics of security and reliability of an Over-the-Air (OTA) system. Based on the research, a set of requirements for a secure and reliable OTA system is developed. Special focus lies on the design choices of the combination of Zephyr Real-time operating system (RTOS) for the sensor nodes and Thread wireless technology for the mesh network. Reason is the lacking research on the OTA capabilities of these two technologies. An example architecture is implemented and evaluated against the given requirements. Furthermore, evaluations of update times and reliability of the developed system have been carried out and suggestions for further improvements are presented.