UWB for Wireless Sensor Networks: Cross-Layer Optimization (UWB4WSN)

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Eduard Axel Jorswieck
• Subject Area: Electronic Semiconductors, Components and Circuits, Integrated Systems, Sensor Technology, Theoretical Electrical Engineering
• Term: from 2008 to 2014
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 80709142

Als übergeordneten Rahmen des Projektes betrachten wir ein Szenario, in dem ein analoger physikalischer Prozess (z. B. Temperatur, Druck, Vibration, chemische Konzentration) oder eine davon abgeleitete Größe (Detektion von Gefahren oder Objekten) über ein größeres Areal überwacht wird. Für die benötigte Datenerfassung, -abtastung, -verarbeitung und -übertragung wird ein UWB-basiertes, drahtloses Sensor-Netzwerk (WSN) mit einer großen Anzahl von Sensoren und einer zentralen Verarbeitungseinheit, dem sogenannten fusion center , eingesetzt. Das Ziel des Projektes ist es, den gesamten Rekonstruktionsprozess möglichst genau und effizient durchzuführen. Das primäre Anliegen des Projektes ist die Entwicklung einer Rate-Distortion-Theorie, welche sowohl den Einfluss der Abtastung und Quantisierung als auch den Einfluss des Mehrfachzugriffs und des UWB-Schwundkanals berücksichtigt. Durch gemeinsame Optimierung der Datenerfassung und Kommunikation wird eine schichtübergreifende Optimierung des Gesamtsystems angestrebt.Zwei wesentliche technische Schwierigkeiten in drahtlosen Sensor-Netzwerken sind zum einen die sehr begrenzten Energieressourcen und zum anderen die ungenaue Platzierung der Sensoren bzw. Fehler bei der zeitlichen und räumlichen Abtastung der Signale, wodurch fehlerhafte Daten entstehen. Die Untersuchung dieser Aspekte ist Hauptgegenstand des Projektes. Aufgrund des hohen Potentials der UWB-Kommunikationstechnologie bezüglich Energieeffizienz und Komplexitätsreduktion, insbesondere bei nicht-kohärenten Verfahren, ist diese besonders geeignet für den betrachteten Anwendungsfall. Weiterhin ist die Untersuchung des Einflusses ungenauer Sensorplatzierung sowie ungenauer zeitlicher und räumlicher Abtastung auf die Datenerfassung wesentlicher Bestandteil des Projektes. Dabei soll insbesondere die Stabilität des Rekonstuktionsprozesses analysiert werden. Schließlich ist die Zusammenführung der Ergebnisse bezüglich der genannten Aspekte von besonderem Interesse.

• DFG Programme: Priority Programmes
• Subproject of: SPP 1202: Ultra-Wideband Radio Technologies for Communications, Localisation and Sensor Applications (UkoLoS)
• Participating Person: Professor Dr.-Ing. Holger Boche