Bewertung und Implementierung von Kanalmodellen für IEEE 802.15.4 Sensornetzwerke

In den letzten Jahren entstanden Anwendungen für Funkübertragungen, die besonders energiesparende und kostengünstige Hardware erfordern. Dieser Tendenz folgt der Standard IEEE 802.15.4. Mittlerweile gibt es zahlreiche Hersteller für IEEE 802.15.4-konforme Hardware. Problematisch ist allerdings die Entwurfsunterstützung. Im Fraunhofer IIS/EAS exisitieren auf diesem Gebiet zahlreiche Arbeiten. Im Moment wird das im Institut vorhandene Know-How im Rahmen des "RoSeNet"-Projekts genutzt. Die vorliegende Arbeit findet im Rahmen dieser Entwicklung einer Entwurfssoftware für Sensornetzwerke nach den Standards IEEE 802.15.4 und ZigBee statt. Ziel ist es, ein Kanalmodell für Indoor-Netzwerke zu entwickeln, dieses zu implementieren und zu bewerten. Diese Diplomarbeit präsentiert dabei ein Kanalmodell, welches für Simulationen von Funkverbindungen mit sehr vielen Teilnehmern geeignet ist und trotzdem die räumlich und zeitliche Umgebung der Teilnehmer explizit beachtet. Es wird ein mehrstufiges Modell vorgeschlagen, was sich an einem Multi-Wall-Modell orientiert. Bestandteile sind eine entfernungsabhängige Grunddämpfung sowie Dämpfungen bedingt durch Hindernisse. Neu ist, dass außerdem beim hier vorgestellten Multi-Wall-Modell auch Einflüsse durch Menschen beachtet werden. Es wird begründet, dass eine paketbasierte Übertragung ausreichend ist und eine eindeutige Abbildung zwischen Paketfehlerrate und Empfangsleistung besteht. Zusätzlich wird dargelegt, dass die implementierte Simulationsumgebung mit Interferenzen, als auch speziell mit Hidden-Node-Problemen umgehen kann. Außerdem wird ein Vergleich zwischen Messungen und Simulation vorgestellt und das vorgestellte Kanalmodell bewertet

Wireless sensor networks (WSN) gain increasing importance in many different application areas. Energy saving technologies and low-cost hardware similarly gain more and more attention. This trend has been picked up by the standard IEEE 802.15.4 as well as the IEEE 802.15.4 compliant hardware. However, design support for WSN is still a challenging task. Fraunhofer IIS/EAS has much experience in this field and applies this expertise currently within the project "RoSeNet". This thesis focuses on the challenge of design support for WSN's based on the standards IEEE 802.15.4 and ZigBee. The goal of the project was to develop a channel model for radio communication with many participants while at the same time paying explicit attention to the spatial and temporal environment of the nodes. In this thesis a multi-stage channel model is proposed which follows a multi wall model. It involves components based on distance-dependent as well as obstacle-induced attenuation. A novel approach to channel modeling pays particular attention to attenuations caused by humans affecting the communication. Additionally it will be shown that a packet-based transfer is sufficient for the simulation and that there exists an explicit mapping between packet error rate and receiving power. The proposed implementation of the simulation environment is able to handle interference and especially hidden node problems. Furthermore a comparison of measurement and simulation is presented such that the performance of the channel model can be properly evaluated.