Energeticky efektivní zpracování dat na uzlech bezdrátové senzorové sítě

Abstract

Tato práce se soustředí na energetickou efektivitu dílčích aspektů při zpracování dat na uzlech bezdrátové senzorové sítě (WSN) a snaží se nalézt cesty pro další snížení spotřeby energie pro výpočetně náročné aplikace WSN. Práce nabízí detailní analýzu energeticky efektivních mesh protokolů, společně s přehledem současně dostupných hardwarových platforem. Na základě vlastního výzkumu je pak prezentována výpočetně výkonná senzorická jednotka, na níž je demonstrován navržený systém autonomního přenosu dat pro WSN. V neposlední řadě je pozornost věnována systému řízení, resp. implementaci operačního systému reálného času (RTOS), jenž by zohlednil přísné energetické nároky a podpořil svou funkcí energetickou efektivitu celého systému. Cenným zjištěním je poznatek, že další zvýšení energetické efektivity WSN systémů vede přes holistický přístup při návrhu softwarové a hardwarové architektury a tedy těsné součinnosti hardwaru a softwaru/ firmwaru. Výsledky uvedeného výzkumu nachází přímé uplatnění v průmyslu i akademické sféře, kde lze hardwarovou platformu společně s operačním systémem bez dalších úprav či znalosti fungování WSN využít. Systém autonomního přenosu dat pak nabízí cestu pro další vývoj snižování energetické náročnosti bezdrátových systémů.This thesis focuses on energy efficiency of particular aspects of data processing on wireless sensor nodes and deals with methods aiming to decrease energy consumption of wireless sensor network (WSN) applications requiring high processing power. The work presents comprehensive analysis of mesh protocols and available hardware platforms in terms of energy efficiency. A new energy efficient sensor node with high processing capability is presented and utilized to evaluate the proposed system for autonomous data transmission in WSN. Finally, an implementation of real-time operation system supporting mesh communication and very strict energy requirements through energy profiles is also presented. A valuable finding is that further increase of energy efficiency is only possible through a holistic approach in software and hardware architecture design, so that hardware and software/ firmware are tightly coupled. The output of this research might be applied in industry or academy field without necessity of any change or prior knowledge of WSN. The autonomous system of data transmission opens new research possibilities to decrease energy requirements of WNS.