Diplomarbeit ? Konzeption und Evaluierung eines ... - CES

a) Messung und Modellparametrisierung
1.2. Ausgangssituation
b) Simulation c) Realität?
?
realer Knoten simulierter Knoten
reale Umgebung
Abbildung 1.1: Üblicher Entwurf eines Sensornetzes. a) Ein Modell der Knoten und der
Umwelt wird angefertigt. Aufgrund von Messungen mit einigen Knoten
wird dieses Modell parametrisiert. b) Aufgrund dieses Modells wird ein
großes Sensornetz entworfen und simuliert. c) Nicht bekannt ist, ob das
so entworfene Netz auch in der Realität funktioniert.
Problematisch ist hierbei jedoch die Modellierung und Simulation der Funkschnittstelle,
welche stark von der jeweiligen Umgebung abhängig ist. Ein einmal angefertigtes und
parametrisiertes Modell trifft nur auf genau die Umgebung und den Zeitpunkt zu,
in der bzw. an dem das Modell angefertigt wurde. Objekte in der Umgebung, deren
Materialeigenschaften und sogar Wettereinflüsse können die Resultate stark verändern.
Insbesondere bei kabellosen Netzen ist es somit zwar möglich, ein in der Theorie gut
funktionierendes System zu entwerfen, nicht bekannt ist jedoch, ob dieses dann in
einer realen Implementierung mit sich laufend ändernden Eigenschaften der Umgebung
ebenfalls noch zufriedenstellend seine Aufgabe erfüllen kann – bekannt ist nur, dass das
Netz unter den zu einem bestimmten Zeitpunkt gemessenen Parametern und unter der
Annahme eines bestimmten Modells funktioniert.
Dies liegt in der Natur der drahtlosen Kommunikation begründet. Zwar sind die theoretischen
und mathematischen Modelle zur Simulation der Ausbreitung von Funkwellen
und deren Wechselwirkung mit der Umgebung bekannt, es ist jedoch nahezu unmöglich,
ein exaktes Modell der sich ggf. ständig ändernden Umgebung abzubilden. Der Aufwand,
ein solches Modell zu erstellen ist in etwa vergleichbar mit einer realen Implementierung
und anschließender Evaluierung in der Zielumgebung.
Es lassen sich hierbei in einem gewissen Rahmen Parallelen zum sog. Raytracing aus
dem Bereich der Computergraphik ziehen. Hierbei müssen die von einer Kamera 3 aufgenommenen
Lichtstrahlen 4 einzeln rückverfolgt und ggf. reflektiert, gestreut und absorbiert
werden. Es lassen sich mit dieser Vorgehensweise fotorealistische Graphiken
erzeugen, sofern genügend Rechenzeit zur Verfügung gestellt wird.
3 Die Kamera entspricht dem Empfänger
4 Funkwellen niedriger Frequenz verhalten sich zwar nicht exakt wie Lichtstrahlen, mathematische
Modelle zur Berechnung der Wellenausbreitung existieren jedoch entsprechend.
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