Synchronous data acquisition with wireless sensor networks

Diese Dissertation untersucht die Zusammenhänge zwischen Synchronisationsgenauigkeit und Qualität der Messergebnisse. Zwei Klassen von zeitsynchroner Datenerfassung werden dabei betrachtet: die Detektion von Ereignissen und die Aufnahme von Kurvenformen. Es wird ein Modell entwickelt, welches ein WSN als ein allgemeines mehrkanaliges Datenerfassungssystem beschreibt. Dies ermöglicht den direkten Vergleich zwischen WSN und anderen Messsystemen. Weiter wird mit Hilfe des Modells gezeigt, dass die Synchronisationsgenauigkeit vorzugsweise als Unsicherheit der Zeitinformation angegeben werden sollte. Hierdurch kann nicht nur der Beitrag der Synchronisation zur gesamten Messunsicherheit bestimmt sondern auch die von einer Anwendung tatsächlich benötigte Synchronisationsgenauigkeit abgeschätzt werden. Ausgehend von den durch die Unsicherheitsbetrachtung gewonnenen Erkenntnissen werden ein proaktiver und ein reaktiver Ansatz zur synchronen Datenaufnahme entwickelt. Mit dem reaktiven Ansatz können Messdaten auch effizient drehwinkelsynchron, d. h. synchron zur Drehbewegung einer Maschinenwelle, aufgenommen werden. Es werden Testverfahren vorgeschlagen, mit denen sich die Synchronizität der Datenerfassung für ein WSN als Ganzes überprüfen lässt. Diese Verfahren lassen sich unverändert auf andere Messsysteme anwenden und ermöglichen somit direkte Vergleiche. Es wird die praktische Umsetzung eines WSN beschrieben, auf dem die entwickelten Methoden zur Datenerfassung implementiert wurden. Alle Implementierungen wurden mit den vorgeschlagenen Testverfahren untersucht. Hierdurch konnte gezeigt werden, dass die Interrupt-Bearbeitung der Sensorknoten entscheidenden Einfluss auf die Messdatenerfassung hat. Weiter konnte durch den Einsatz von Fixed-Punkt-Arithmetik die drehwinkelsynchrone Datenerfassung in Echtzeit realisiert werden. Schließlich wird die Nützlichkeit der implementierten Datenerfassung an zwei Anwendungen gezeigt: der akustischen Ortung zweier Sensorknoten sowie einer einfachen Ordnungsanalyse.