Matischek, R. (2011). Real-time communication protocols for automotive wireless sensor networks [Dissertation, Technische Universität Wien]. reposiTUm. http://hdl.handle.net/20.500.12708/161444
Drahtlose Sensor-Netzwerke; Echtzeit Protokoll; MAC Protokoll; Fahrzeug Kommunikationsnetzwerke
de
Wireless Sensor Networks; real-time protocol; MAC protocol; automotive communication networks
en
Abstract:
Die anhaltende Miniaturisierung der Mikroelektronik für die drahtlose Kommunikation eröffnet eine Vielzahl neuer Anwendungen. Neben der bekanntesten Entwicklung, dem Mobiltelefon, wird derzeit an verschiedenen weiteren drahtlosen Anwendungen geforscht. Eine vielversprechende Applikation entwickelt sich aus einem innovativen Forschungsgebiet, den so genannten drahtlosen Sensor-Netzwerken. Diese Netzwerke entsprechen der Idee des "Ubiquitous Computing", indem verteilte Mikrocomputer in die Umwelt integriert werden, um in weiterer Folge - für den Anwender teilweise unbemerkt - spezielle und/oder verteilte Aufgaben auszuführen.<br />In jüngsten Forschungsprojekten wurden zahlreiche Protokolle für die drahtlose Kommunikation entwickelt. Während frühere Forschungsarbeiten hauptsächlich auf Energieeffizienz fokussierten, beziehen neuere Projekte eine Reihe weiterer Aspekte mit ein, wie zum Beispiel Zuverlässigkeit und Echtzeitfähigkeit. Ein wesentlicher Teil dieser Arbeit ist daher die Weiterentwicklung dieser neuen Aspekte, wobei der Fokus auf zukünftige Anwendungen in der Fahrzeugtechnik liegt.<br />Der erste Teil der vorgelegten Arbeit vergleicht die Anforderungen in der Fahrzeugtechnik sowie derzeit übliche drahtgebundene Lösungen mit aktuellen drahtlosen Sensor-Netzwerk-Protokollen. Zusätzlich werden verschiedene existierende drahtlose "Medium Access Control" (MAC) Protokolle verglichen und hinsichtlich deren Echtzeitfähigkeit und Anwendbarkeit für ein mögliches drahtloses Sensor-Netzwerk im Auto analysiert.<br />Der zweite Teil beschäftigt sich mit dem Design eines neuen Echtzeitfähigen drahtlosen MAC Protokolls, das eine höhere Zuverlässigkeit gegen interne Interferenzen aufweist, die in einem dicht angeordneten drahtlosen Sensor-Netzwerk im Auto zu erwarten sind.<br />Darüber hinaus wird die Erweiterung des MAC Protokolls für effizientes Routing in einem gemeinsamen drahtlosen und drahtgebundenen Netzwerk präsentiert. Eine spezielle Netzwerk-Simulations-Umgebung wurde zur Evaluierung des vorgestellten Lösungsansatzes verwendet.<br />
de
The ongoing integration and miniaturization of computing and wireless communication devices has enabled a multitude of new applications. While the most obvious example of the advance of the last few years is the mobile phone, another promising wireless application is emerging from a recent field of research: wireless sensor networks.<br />These networks comply with the idea of ubiquitous computing by integrating distributed computing devices into the environment, where they perform specialized or distributed tasks, while remaining partly invisible to the user.<br />In recent research projects a number of wireless communication protocols have been developed. While previous work was primarily focused on power awareness, some more recent projects have begun to consider a wider range of aspects, such as reliability or real-time capabilities.<br />Following this, an essential part of this work is the further development of these new aspects, but in contrast to previous work the focus in this thesis is on future automotive applications. The first part of this work deals with the properties of automotive sensor applications and common wire-based solutions in comparison to existing wireless sensor network protocols. This part also compares various real-time optimizations of existing wireless ``Medium Access Control'' (MAC) protocols and their applicability for a potential application scenario using a wireless sensor network in a car.<br />The second part deals with the design of a novel real-time capable wireless MAC protocol with higher robustness against intra-network interferences that are expected in a densely deployed automotive wireless sensor network. Furthermore, the extension of the real-time MAC protocol for efficient routing in a hybrid wireless and wire-based network topology is presented. A special network simulation-framework is used to evaluate the performance of the proposed solution.