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Abstract

Die stetig steigende Komplexität von eingebetteten mikroelektronischen Systemen,

die sich durch eine Vielzahl von Komponenten mit jeweils verschiedenen möglichen

Zustände jeder einzelnen Komponente auszeichnet, führt dazu, dass eine ganzheitliche

Optimierung nicht mehr, oder nur sehr zeitaufwändig möglich ist. Dieses zeigt sich auch

im Bereich der drahtlosen Sensorknoten, welche sich durch mehrere Sensoren, ein Bauteil

zur Informationsverarbeitung, eine Funkschnittstelle und eine Energieversorgung mittels

Batterie auszeichnen. Dessen Optimierung besteht in der Maximierung der Energieeffizienz,

welche als die Anpassung der Leistungsfähigkeit an die Anforderungen der Anwendung bei

gleichzeitiger Minimierung der Leistungsaufnahme definiert ist. Ziel der Arbeit ist daher

die Entwicklung einer Entwurfsmethodik für drahtlose Sensorknoten, welche sowohl die

Energieeffizienz des Systems optimiert, als auch den Entwurfsprozess systematisiert.

Einleitend wird zunächst der Stand der Technik drahtloser Sensorknoten hinsichtlich Systemstruktur,

Komponenten, Messgrößen und Parametern sowie der verfügbaren Systeme

analysiert. Anschließend wird die bisher übliche Methodik zur Messung der Leistungsaufnahme

von eingebetteten Systemen dargestellt und das Vorgehen anhand von zwei

Praxisbeispielen verdeutlicht, wodurch sich die Komplexität der Konfigurationsmöglichkeiten

hinsichtlich der Optimierung bestätigt. Vergleichend dazu wird der Stand der Technik

für die Modellierung von drahtlosen Sensorknoten analysiert.

Auf dieser Grundlage wird die Methodik für den Entwurf von drahtlosen Sensorknoten

beschrieben. Zunächst erfolgt die Einordnung in den bisherigen Entwurfsprozess drahtloser

Sensorknoten und im Anschluss daran die Ableitung des Handlungsbedarfs. Darauf folgt

die theoretische Betrachtung des aufgestellten Modells anhand des grundlegenden Systemund

Komponentenmodells. Anschließend werden die spezifischen Modelle für die einzelnen

Komponenten und deren Zusammenschluss zu einem Modell für das Gesamtsystem

beschrieben. Darauf aufbauend wird das Systemverhalten mittels der Definition von Tasks,

dem Tastgrad und dem Datenfluss abgebildet. Somit wird eine Entwurfsraumexploration

hinsichtlich Leistungsfähigkeit und Leistungsaufnahme ermöglicht.

Anschließend wird die Methodik des modellgestützten Entwurfs von drahtlosen Sensorknoten

exemplarisch angewendet, wobei der Entwurfsraum in jedem Schritt des Entwurfsprozesses

eingeschränkt und schlussendlich auf einen kleinen Lösungsraum fokussiert

wird. Somit wird demonstriert, dass das Verfahren in der Lage ist, den Entwurf zu systematisieren

und durch die Simulation der verschiedenen Entwurfsschritte zielführender

zu gestalten. Das Vorgehen erhöht somit zum einen die Effizienz des Sensorknotens

und zum anderen die Effizienz der Entwicklung von drahtlosen Sensorknoten oder auch

eingebetteten Systemen im weiteren Sinne.

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