Institut für Mikroelektronische Systeme Studium Studien- & Abschlussarbeiten Abgeschlossene Arbeiten
Simulationsbasierte Evaluation der Eignung des ZigBee-Funkstandards zum Einsatz im Bereich der Gebäudeautomatisierung

Simulationsbasierte Evaluation der Eignung des ZigBee-Funkstandards zum Einsatz im Bereich der Gebäudeautomatisierung

Jahr:  2013
Datum:  07-02-13
Laufzeit:  23.05.2012-07.02.2013
Ist abgeschlossen:  ja

Am Institut für Mikroelektronische Systeme – Fachgebiet Architekturen und Systeme – werden batteriebetriebene Knoten für Wireless Sensor Networks (WSNs) unter Low–Power-Bedingungen für den Bereich „Home Automation“ entwickelt. Einer der einsetzbaren Standards hierfür ist ZigBee. Dieser Funkstandard wurde speziell auf die Vernetzung von Geräten mit stark eingeschränkter Energieversorgung über Distanzen von höchstens 100 Metern entwickelt. Im Gebäudeumfeld ermöglicht die Vernetzung von Geräten, Sensoren und Aktoren die Automatisierung von sicherheitsrelevanten, aber auch alltäglichen Prozessen. Beispielsweise können im Brandfall Personen erfasst und zu den nächsten Fluchtmöglichkeiten geleitet werden. Andererseits ist es aber auch möglich, bei hohen Temperaturen und starker Sonneneinstrahlung in Bürogebäuden die Klimaanlage durch automatisches Ausfahren des Sonnenschutzes zu entlasten oder das Heizkörperthermostat bei Öffnen des Fensters im Winter automatisch zu schließen.Da die für den Betrieb der Funkknoten zur Verfügung stehende Menge Energie häufig begrenzt (Batterie) und ein Wechsel der Energiequelle zumeist wirtschaftlich unrentabel ist, muss die Kommunikation besonders energiesparsam ablaufen. Außerdem sind Zuverlässigkeit und Latenz bei der Übertragung besonders unter Sicherheitsaspekten von hoher Bedeutung. Diese Parameter sind jedoch stark von konkreten Gegebenheiten (Ausbreitungscharakteristik im Gebäude, Platzierungsdichte, Art und Intensität des Datenverkehrs) abhängig, was eine umfassende Felduntersuchung unmöglich macht. Die Untersuchung mittels Netzwerksimulation stellt in diesem Fall eine Alternative dar.Mit Hilfe von sog. Netzwerksimulatoren lassen sich gezielt Parameterstudien durchführen oder bspw. beliebige Verteilungsdichten untersuchen. Dazu muss zunächst ein Simulationsmodell des ZigBee-Standards erstellt werden, welches in der Lage ist, den durch den Standard definierten Funktionsumfang und das Verhalten nachzubilden.Herr Große erhält die Aufgabe, sich zunächst über die Funkstandards ZigBee und IEEE 802.15.4 zu informieren. Im Anschluss ist ein Simulationsmodell des Standards ZigBee für den Netzwerksimulator OMNeT++ zu implementieren und auf korrekte Funktionalität hin zu verifizieren. Mit diesem Simulationsmodell soll die Leistungsfähigkeit des Funkprotokolls in geeigneten Szenarien simulativ getestet und abschließend qualitativ und quantitativ bewertet werden.