Feedback

Netzerkundung zum ad-hoc Datenaustausch zwischen mobilen Maschinen

Schattenberg, Jan

Bei der Automatisierung von Maschinenverbünden spielt der Datenaustausch eine entscheidende Rolle und muss vielfältigen Anforderungen in Hinblick auf Datenmenge, Robustheit, Verfügbarkeit etc. gerecht werden. Die Entwicklung der Technologien im Bereich Mobilfunk (3G, 4G, 5G) hat in den letzten Jahren dazu beigetragen, viele auf Daten basierende Applikationen und Dienste zu ermöglichen. Für die direkte Zusammenarbeit von Maschinen sind die derzeitigen Technologien allerdings auf Grund ihrer technischen Eigenschaften und vor allem der Verfügbarkeit weniger gut geeignet. Hier zeigen lokale und für den Augenblick geschaffene Funknetze Vorteile, da diese ohne zentrale Infrastruktur auskommen können und auf Grund der eigenen Bereitstellung verfügbar sind. Allerdings führt das Fehlen einer zentralen, koordinierenden Instanz zu anderen Herausforderungen. Die vorliegende Arbeit greift dieses Thema auf und widmet sich der Frage, wie in einem mobilen Ad-hoc-Netz hochfrequent Daten zwischen mehreren Teilnehmern unter den Restriktionen ausgetauscht werden können, die dem folgenden Szenario geschuldet sind: In einem Katastrophenfall soll ein Maschinenverbund aus mehreren kleinen Quadrokoptern und bodengebundenen Fahrzeugen ein Gebiet aufklären, ohne von externer Infrastruktur abhängig zu sein. Dabei soll er eine hohe Flexibilität sowohl bzgl. der Anzahl der Teilnehmer aufweisen als auch der, der hohen Mobilität geschuldeten, hochdynamischen Veränderung der Netztopologie. Zur Bestimmung der Position von z. B. Verunglückten oder zur Kartierung soll zudem eine relative Positionierung der Teilnehmer zueinander erfolgen, welche einen hochfrequenten Austausch aller Positionsrohdaten im Verbund erfordert. Um die Frage zu beantworten, wird zunächst ein Überblick über die Grundlagen sowie den Stand der Technik und der Forschung gegeben. Anschließend wird basierend auf den konkreten Anforderungen eine Methode vorgestellt, die eine hochfrequente, dezentrale Ermittlung der Netztopologie ermöglicht. Diese dient als Basis für einen Austausch der Positionsrohdaten, der für die Relativpositionierung erforderlich ist. Der Austausch ist gleichsam dezentral organisiert, aber dennoch koordiniert. Dieser taktbasierte und mittels der GNSS-Zeit synchronisierte Ansatz wird sowohl im Rahmen simulativer Untersuchungen für eine große Varianz an Netztopologien evaluiert als auch in praktischen Feldversuchen. Bei diesen Versuchen konnte ein erfolgreicher Datenaustausch in urbanen und auch in ruralen Szenarien realisiert werden.

Data exchange plays a decisive role in the automation of machine networks and must meet a wide range of requirements with regard to data volume, robustness, availability, etc. The development of mobile radio technologies (3G, 4G, 5G) in recent years has helped to enable many data-based applications and services. However, current technologies are less suitable for the direct cooperation of machines due to their technical properties and, above all, their availability. Local and for the moment created radio networks show advantages here, since these can get along without central infrastructure and are available due to the own provision. However, the lack of a central coordinating authority leads to other challenges. The present work takes up this topic and addresses the question of how high-frequency data can be exchanged between several participants in a mobile ad-hoc network under the restrictions caused by the following scenario: In a disaster scenario, a machine network of several small quadrocopters and ground-based vehicles should explore an area without being dependent on external infrastructure and with a high flexibility regarding the number of participants and the highly dynamic change of the network topology due to the high mobility. In order to determine the position of, for example, casualties or for mapping, the participants should also be positioned relative to each other, which requires a high-frequency exchange of all raw position data in the network. To answer this question, an overview of the basics and the state of the art of technology and research will be given. Then, based on the concrete requirements, a method is presented that enables a high-frequency, decentralized determination of the network topology. This serves as the basis for an exchange of raw position data, which is required for relative positioning. The exchange is organized and coordinated in a decentralized manner. This clock-based approach, which is synchronized by means of GNSS time, is evaluated both within the framework of simulative investigations for a large variance of network topologies and in practical field trials. In these experiments a successful data exchange could be realized in urban as well as in rural scenarios.

Cite

Citation style:
Schattenberg, J., 2020. Netzerkundung zum ad-hoc Datenaustausch zwischen mobilen Maschinen. Shaker, Düren. https://doi.org/10.24355/dbbs.084-202006301016-0
Could not load citation form. Default citation form is displayed.

Access Statistic

Total:
Downloads:
Abtractviews:
Last 12 Month:
Downloads:
Abtractviews:

Rights

Use and reproduction:
All rights reserved

Export