Drahtlose Sensoren unter der Haube
Elektronische Steuergeräte (electronic control units, ECU) sind immer häufiger in Autos vorhanden und werden zunehmend komplex. Gleichzeitig steigen auch Komplexität und Gewicht der verbundenen Verkabelung zur Energieversorgung und Datenübertragung zwischen allen Sensoren und Aktoren. WSNs könnten die Lösung dieses Problems sein. Konstrukteure müssen jedoch sicherstellen, dass bei der Übertragung der Echtzeit-Sensordaten dieselbe Zuverlässigkeit, Latenzzeit und Übertragungsgeschwindigkeit gegeben ist. Angesichts der hochdynamischen Umgebung, die das Innere eines Fahrzeugs darstellt, und der nur begrenzt verfügbaren Energie ist dies keine leichte Aufgabe. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts "Intra-vehicular wireless sensor networks" (IVWSN) entwickelten Wissenschaftler eine experimentelle Plattform und mathematische Beschreibungen von Verhaltensweisen. Diese setzten sie ein, um die physikalischen Layer-Kanaleigenschaften an verschiedenen Sensorpositionen in einem fahrzeuginternen WSN zu analysieren. Nach der Auswahl einer Ultra-Breitband-Funkfrequenztechnologie (ultra-wideband, UWB) setzten sich die Wissenschaftler zum Ziel, aktuell bestehende Wissenslücken zu schließen. Die meisten Messkampagnen für UWB-Kanäle wurden nur für Anwendungen anderer Bereiche oder, bei Fahrzeugprüfungen, nur für den Fahrgast- oder Kofferraum durchgeführt. Außerdem wurde in keinem Fall Small-Scale-Fading berücksichtigt, also die Veränderungen, die durch kleine Verschiebungen der Sender und Empfänger und minimale Veränderungen der nahen Umgebung entstehen. Die IVWSN-Mitglieder entwickelten ein physikalisches Layer-Modell, das sowohl Small-Scale- als auch Large-Scale-Fading berücksichtigt. Letzteres wird durch größere Veränderungen von Sender- und Empfängerposition und/oder ihrer näheren Umgebung verursacht. Das detaillierte Kanalmodell wurde für einen UWB-Kanal unter dem Fahrwerk und im Motorraum angewendet. Die Wissenschaftler konnten so erstmals die Eigenschaften von Small-Scale-Fading untersuchen und wie sich die Fahrzeugbewegung auf Kennwerte im großen und kleinen Maßstab auswirkt. Für den Layer der Medienzugriffskontrolle entwickelten die Wissenschaftler einen neuen Steueralgorithmus für höchstmögliche Anpassungsfähigkeit. Dieser Algorithmus ermöglicht Veränderungen der Übertragungszeit, Rückübertragungen aufgrund von Paketverlusten und zusätzliche Meldungen, was durch zufriedenstellende Paketerzeugungsdauer, Übertragungsverzögerung, Zuverlässigkeit und Energieanforderungen erreicht wird. Die Steuerung wurde für ein ECU und mehrere ECU-Gehäuse optimiert. Durch IVWSN wurde unser Verständnis von den Verhaltensweisen fahrzeuginterner WSN signifikant erweitert. Die Einführung von WSNs wird zu kostengünstigeren, weniger komplexen, leichteren und leistungsfähigeren Fahrzeug-ECUs führen.
Schlüsselbegriffe
Drahtlose Sensornetzwerke, elektronische Steuergeräte, Messdaten, fahrzeugintern, Small-Scale-Fading
