Drahtlose Sensornetzwerke II

Beschreibung

Im Rahmen des Projekts, wird ein neuartiger auf dem Prinzip der kollektiven Intelligenz (Schwarmintelligenz) basierender, Algorithmus und die Hardware für ein selbstorganisierendes drahtloses Sensornetzwerk entwickelt. Das Anwendungsgebiet für drahtlose Sensornetzwerke umfasst eine Vielzahl von Möglichkeiten die einen sehr leistungsfähigen und robusten Algorithmus zur selbständigen Vernetzung der Sensorknoten verlangen. So ist es zum Beispiel möglich, dass das System feindlichen Bedingungen ausgesetzt ist und der Ausfall von Knoten dadurch eher die Regel als die Ausnahme darstellt. Die größte Herausforderung für die Realisierung eines robusten Sensornetzwerks ist es daher, einen möglichst intelligenten Routing Algorithmus zu finden der tolerant gegenüber Netzwerkknotenausfällen ist. Der entwickelte Routing Algorithmus für drahtlose Sensornetzwerke ist der Schwarmintelligenz von Ameisen nachempfunden. Bei der Futtersuche scheiden einzelne Ameisen eine biochemischen Duftstoff (Pheromon) aus, der andere Ameisen anzieht. Gibt es zwischen Nest (Basisstation) und Futterquelle (Sensorknoten) mehrere mögliche Wege, so wird mit der Zeit auf dem kürzesten Pfad eine höhere Pheromonkonzentration als auf den anderen vorherrschen, so dass die Ameisen bevorzugt diesen Weg wählen werden. Ameisen orientieren sich anhand einer dessen Intensität abhängig von der Anzahl der über die Duftspur laufenden Ameisen ist. Eine Ameise wählt immer den Weg des höheren Pheromons. Genauso wird hier jener Sensorknoten mit dem höchsten Pheromongehalt ausgewählt und ihm die gesammelten Daten übersendet. Außerdem wird ausgehend vom Pheromonspiegel des Zielknotens eine Berechnung durchgeführt, um den eigenen Pheromonwert neu zu setzen. Jeder Knoten besitzt somit einen Wert, der sowohl den eigenen, als auch den Energiezustand aller Knoten entlang des Pfades zur Basis, widerspiegelt. Ein Sensorknoten ist also unattraktiv für Knoten die ihre Daten senden wollen, wenn er einen niedrigen Pheromonwert besitzt. Die Basis, welche die Daten des gesamten Netzwerks sammelt, dient dabei als Pheromonquelle und hält den höchsten vorkommenden Pheromonwert. Ein Knoten kann Daten nur an Nachbarknoten mit einem höheren Pheromongehalt als er selbst besitzt senden, andernfalls würden die Daten in die falsche Richtung laufen. Sollte ein Knoten keinen geeigneten Nachbarknoten finden, um seine Daten zu senden, so wird sein Pheromonwert schrittweise abgesenkt, bis er niedriger ist, als der eines Nachbarknoten. Als Anwendungsmöglichkeit ist angedacht: Monitoring in und für die Umwelt, Medizintechnik, Landwirtschaft und Forschung. Besonders interessant ist dabei der Einsatz eines solchen Systems in Deponien (Müll, aber auch Lager etc.) und auch zur präventiven flächendeckenden Überwachung der Umwelt auf Kohlendioxid, Toxine und Kampfstoffe. ** Diese Arbeit wird von der Europäischen Kommission durch den Europäischen Fonds für regionale Entwicklung gemäß Artikel 4 EFRE und dem Land Niederösterreich kofinanziert.

Details

Projektzeitraum 01.04.2008 - 31.12.2013
Fördergeber Bundesländer (inkl. deren Stiftungen und Einrichtungen)
Förderprogramm Technologieförderung NÖ
Department

Department für Biomedizinische Forschung

Zentrum für Biomedizinische Technologie

Projekt­verantwortung (Donau-Universität Krems) Dipl.-Ing. Dr. Martin Brandl
Projekt­mitarbeit Dipl.-HTL-Ing. Karlheinz Kellner Ing. Thomas Posnicek

Publikationen

Foltynski, P.; Ladyzynski, P.; Wójcicki, JM.; Brandl, M.; Grabner, J.; Migalska-Musial, K.; Molik, M.; Sabalinska, S.; Ciechanowska, A. (2012). Continuous monitoring of feet temperature using a data logger with wireless communication. Biocybernetics and Biomedical Engineering, 32(4)

Brandl, M.; Kellner, K.; Fabian, C.; (2012). Simulation and Implementation of an Attractiveness based On-Demand Routing Algorithm for Wireless Sensor Networks. Procedia Engineering, 47: 908-911

Brandl, M.; Kos, A.; Kellner, KH.; Mayerhofer, C.; Posnicek, T.; Fabian, C. (2011). A Source Based On-Demand Data Forwarding Scheme for Wireless Sensor Networks. International Journal of Wireless Networks and Broadband Technologies, 1(3): 49-70

Brandl, M.; Kellner, KH. (2011). Evaluation of Adaptive Interference Cancellation in Chirp Spread Spectrum-based Communication Systems. Proceedings, The Sixth International Conference on Systems and Networks Communications, ICSNC 2011: 72-75

Brandl, M.; Kellner, K. (2009). A Low-Cost Wireless Sensor System and its Application in Dental Retainers. IEEE, IEEE Sensors Journal: 255 - 262

Brandl, M.; Kellner, K.H.; Posnicek, T.; Kos, A.;Mayerhofer, C.; Fabian, C. (2009). An efficient Source initiated On-Demand Data forwarding scheme for Wireless Sensor Networks. Proceeding of the Seventh International Conference on Information, Communications and Signal Processing (ICICS 2009), Macau, 2009: 1-7

Brandl, M.; Posnicek, T.; Kellner, KH.; Kos, A.; Mayerhofer, C.; Fabian, C.; (2009). A Simple Pheromone based On- Demand Routing Proctocol for Wireless Sensor Networks. Proceedings IEEE Fourth International Conference on Systems and Networks Communications: 254-260

Brandl, M.; Kos, A. (2008). Pheromone based Routing in Wireless Sensor Networks. Proceedings IASTED International Conference on Sensor Networks: 52-58, Crete, Greece

Brandl, M.; Kellner, K.; Muendlein, M.; Nicolics, J. (2005). Low- Cost Wireless Transponder System for Industrial and Biomedical Applications. Fifth International Conference on Information, Communications and Signal Processing: 1444-1447

Brandl, M.; Kellner, KH.; Hartmann, J.; Falkenhagen, D.; Grabner, J.; Grabner, G.; Seifert, F.; Nicolics, J. (2003). New methods for wireless data acquisition in biomedical applications. Proceedings of the 7th Portugese Conference on Biomedical Engineering, Lisbon, Portgual

Vorträge

Base Station for a Wireless Sensor Network with 3G connectivity

Sensordevices 2013, 25.08.2013

Evaluation of Chirp Signals for Robust Wireless Sensor Communication.

Sensordevices 2013, 25.08.2013

A Simple Pheromone based On-Demand Routing Protocol for Wireless Sensor Networks

IEEE Fourth International Conference on Systems and Networks Communications, 2009, 21.09.2009

Pheromone based Routing in Wireless Sensor Networks

IASTED International Conference on Sensor Networks 2008, Crete, Greece, 30.09.2008

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