"Die vorliegende Studie wurde an der Universität Rostock am Lehrstuhl für Informations- und Kommunikationsdienste erstellt. Sie beschäftigt sich mit der optimierten solaren Energieversorgung autonomer, umgebungsgesteuerter Wireless LAN Netzwerkknoten sowie mit der damit verbundenen Maximierung der Verfügbarkeit des Ad-hoc-Netzwerkes.
Durch die Entwicklung mathematischer Modelle zur Verwaltung des Energiehaushaltes und deren Integration in die Systemarchitektur, wird ein autonomer Netzknoten in die Lage gebracht sich selbst unter Berücksichtung seiner erlebten Vergangenheit zu verwalten. Es handelt sich somit um ein System ohne externe Stromversorgung, welches aktiv und eigenständig seine Umwelt wahrnimmt und durch reaktionäres Handeln in die Lage gebracht wird, seine Betriebszeit um ein Vielfaches zu verlängern bzw. als übergeordnetes Ziel einen dauerhaften Betrieb zu gewährleisten.
Es werden 4 Energieverwaltungsmodelle entwickelt und in Hinblick auf Eignung analysiert, die sich in ihrer Berechnungskomplexität grundlegend unterscheiden: ein Modell ganz ohne Verwaltung (Herstellerstandard), naive Verwaltung, gewichtete, wahrscheinlichkeitsbasierte Verwaltung, Energieverwaltung mittels Bayesian Filter.
Darauf aufbauend wird nach der Erarbeitung der wichtigsten theoretischen Grundlagen, das Ausgangsproblem in kleinere Teilprobleme zerlegt, um es durch eine Verarbeitung in den Verwaltungsstrategien effizient lösen zu können. Im weiteren Verlauf werden die so entwickelten einzelnen Strategien in einer Simulationsumgebung getestet und die Ergebnisse analysiert. Nach einem eingehenden Vergleich und einer Bewertung aller Modelle erfolgt die Implementation auf dem Zielsystem und somit einer Validierung unter Echtzeitbedingungen. Dies ermöglicht die Beantwortung der Ausgangsfrage nach der besten Energieverwaltung.
In der Schlussbetrachtung werden die Ergebnisse zusammengefasst und geklärt, warum welches Modell das geeignetste ist, um die Anforderungen an Leistungsfähigkeit und Ökonomie zu erfüllen."

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Leseprobe

"Kapitel 4.1 Simulationsumgebungen als Hilfsmittel

Durch viele Streuvariablen mit unstegigen, nicht erfassbaren (weil zufälligen) Einflüssen werden objektive Vergleiche und Gegenüberstellungen der 4 Strategien aus Kapitel 3.5 sehr erschwert (vgl. [Hop90]). Um dieses Problem zu lösen und die korrekte Auswahl zu treffen, werden alle abhängigen Variablen (physikalischen und technischen Eigenschaften) des Systems nachgebildet und die Berechnungen zur späteren Auswertung aufgezeichnet. Wie Abb. 4.1 zeigt, haben die Ergebnisse direkten Einfluss auf die Eingaben: Das System bildet einen geschlossenen Kreislauf. Nach Ablauf der Simulationen ist es möglich alle implementierten Strategien unter gleichen Kriterien zu vergleichen. Als Hauptindikator gilt die Simulationszeit: Je länger die Simulation läuft, desto besser ist die zugrunde liegende Energieverwaltungsstrategie. Im Kontext dieser Anwendung gibt es im wesentlichen drei große Gebiete der Simulation: Diskrete, kontinuierliche und Monte Carlo Simulationen. Es wird folglich unterschieden zwischen Zuständen oder zeitlichen Abständen. Ferner gibt es Vertreter welche diese Eigenschaften vereinen: Diskret schrittweise oder diskret ereignisorientiert (vgl. [Zei00], S.135). Für die Modellierung und Simulation der Abläufe in Netzwerken oder der Datenverarbeitung sind diskrete Modelle geeignet, da sie in endlichen Zeitabständen den Systemstatus deterministisch wiedergeben können. Da jedoch auch kontinuierliche Elemente wie Wetterzustände eine Rolle spielen muss hier ein Kompromiss gefunden werden. Eine Lösung könnte eine Kombination aus diskreten und kontinuierlichen Simulationen sein: Mit numerischer Integration werden kontinuierliche Zusammenhänge wie Temperaturverläufe oder auch Kapazitätsverläufe mit Abhängigkeiten diskretisiert (vgl. Kapitel 3.4 und [Ban05]). Infolgedessen wird ein Modellformalismus mit diskret schrittweisen und Äquidistanten, zeitgetakteten Verfahren eingesezt, in denen Überführungsfunktionen alte Zustände in neue Zustände überführen."

Blick ins Buch

Inhaltsverzeichnis

Optimierung der Leistungsaufnahmeeines solarbetriebenen Ad-Hoc-Netzwerk-Knotens	1
Abstract	3
Vorwort	4
Inhaltsverzeichnis	5
Kapitel 1 Einleitung und Motivation	8
1.1 Überblick	8
1.2 Einordnung, Stand der Technik	10
1.3 Historisches, Motivation	13
Kapitel 2 Zugrunde liegende Technologien und Konzepte	15
2.1 Allgemeines	15
2.2 Theoretische Grundlagen	18
2.3 Technische Grundlagen	22
2.3.1 Technik und Geräte	22
2.3.2 Energiespeicher	23
2.3.3 Solarzellen	24
2.3.4 PC Komponenten	24
2.3.5 Prototyp, Messreihen	24
2.4 Verwandte Arbeiten, Berührungspunkte	26
2.5 Entwurfsmethoden, Analysemethoden	26
Kapitel 3 Konzeption der Verwaltungsmodelle	28
3.1 Übersicht	28
3.2 Zielstellung: ausgewogene Energiebilanz	31
3.3 Eingangsvariablen	31
3.4 Berechnungsalgorithmik, Abbildung physikalischer Größen	33
3.5 Verwaltungsstrategien	39
3.5.1 Keine Strategie	40
3.5.2 Naive Strategie	41
3.5.3 Gewichtete Strategie	42
3.5.4 Bayesian Filter Strategie	46
3.5.5 Optionale Strategien	48
3.6 Methoden zur Umsetzung der Zielstellung	48
Kapitel 4 Realisierung einer Simulation zur Systemmodellierung	54
4.1 Simulationsumgebungen als Hilfsmittel	54
4.2 Simulationsimplementation unter Ansi C /FreePascal	56
4.3 Eingaben der Simulation	56
4.4 Ablauf der Simulation	57
4.5 Ausgaben der Simulation	60
4.6 Bewertung und Vergleich	61
4.7 Umsetzung der Ergebnisse in die Implementation	68
Kapitel 5 Realisierung der Implementationauf dem Prototyp	70
5.1 Umsetzung im Router	70
5.2 Struktur, Programmgliederung und Klassenhierarchie	72
5.2.1 Implementierungsdetails	75
5.2.2 Technische Beschreibung, Schnittstellen	76
5.3 Laufzeitverhalten, Skalierbarkeit, Speicherbedarf	77
Kapitel 6 Vergleich und Auswertung	79
6.1 Vergleich und Gegenüberstellung der Systemeund Konzepte	80
6.1.1 Routerkonfi gurationen	80
6.1.2 Signalstärken	81
6.1.3 Verwendung der Energieverwaltung	82
6.1.4 Laufzeiten der Systeme	85
6.1.5 Akkukapazitäten der Systeme	86
6.1.6 Zufällige Netzwerk- und Wetterphänomene	88
6.2 Bewertung	89
Kapitel 7 Zusammenfassung und Ausblick	92
7.1 Zusammenfassung	92
7.2 Ausblick	93
Anhang	97
Literaturverzeichnis	99
Abbildungsverzeichnis	105