Management von Sensoren und Sensornetzwerken auf Basis von Bluetooth Smart / Bluetooth Low Energy (BLE)

Das Forschungsprojekt BlueSenseManager untersucht und optimiert den Energiebedarf sowie das Management von drahtlosen Sensor- und Beaconnetzwerken, die auf der Funktechnik Bluetooth Smart basieren (auch Bluetooth Low Energy oder kurz BLE genannt). Das Projekt betrachtet dazu beispielhaft den energieeffizienten Betrieb und das Management eines Beacon-Netzwerkes zur Indoor-Lokalisierung. Die Ergebnisse sind jedoch auch auf andere BLE-basierte Sensoren, Beacons, und Sensornetzwerke übertragbar.

Technische Grundlagen

Der Funkstandard Bluetooth Smart (Bluetooth Low Energy) ist zwar noch recht neu, durch die Nutzung in fast allen modernen Smartphones jedoch schon weit verbreitet. Für Anwendungen im Bereich „Internet der Dinge“ (Internet of Things, IoT) wie zum Beispiel intelligenten Geräten und Sensoren oder Indoor-Lokalisierung bietet er eine Reihe von Vorteilen:
  • BLE ist ein anerkannter Standard, der von vielen Herstellern getragen wird.
  • Bausteine für BLE-fähige Geräte, die ein Funkmodem mit einem Low Power Mikrocontroller verbinden, sind von mehreren Herstellern zu geringen Kosten problemlos verfügbar. Es sind auch fertige Module mit FCC- und CE-Kennzeichnung verfügbar (Abb.: BluLOC-Beacon)
  • BLE verspricht eine sehr hohe Energieeffizienz. Damit werden Geräte möglich, die auch mit Batterien geringer Kapazität Laufzeiten von vielen Monaten oder einigen Jahren erreichen. Ein Anschluss an das Stromnetz ist nicht notwendig, was die Installationskosten äußerst gering hält.
  • Mit ihrem Smartphone besitzen schon heute viele potentielle Nutzer eine Gegenstelle für BLE-fähige Geräte. Das Smartphone ermöglicht über spezielle Apps eine Interaktion mit BLE-Geräten, zum Beispiel zum Auslesen von Sensoren, zum Programmieren von Geräten oder um ein IoT-fähiges Gerät mit der Cloud zu verbinden.
Die sogenannten Beacons sind eine spezielle Anwendung für sehr einfache BLE-Geräte, die von der Firma Apple spezifiziert wurden. Beacons können zum Beispiel für die Indoor-Lokalisierung verwendet werden, indem ein Smartphone die Signale der in der Nähe befindlichen Beacons detektiert, anhand der empfangenen Signalstärke den Abstand zu den Beacons schätzt und daraus anhand einer Karte mit Beacon-Standorten die eigene Position bestimmt.

Problemstellung

Eines der größten Hemmnisse beim Einsatz von BLE-Geräten wie zum Beispiel Beacons ist der Batteriewechsel, der bei großen Installationen mit einem hohen manuellen Aufwand verbunden ist. Die Notwendigkeit eines Batteriewechsels wird in der Regel erst durch den Ausfall eines Beacons erkannt. Der Energieverbrauch von BLE-Geräten ist in realen Anwendungen häufig höher als erwartet, was das Problem verschärft. Wünschenswert ist also zum einen intelligentes Management der BLE-Geräte mit dem Ziel eines optimierten Energieverbrauchs, zum anderen eine zentrale Überwachung des Netzwerkzustandes. Beide Maßnahmen verbessern die Wartbarkeit der Installation und führen zu geringeren Betriebskosten.

Lösungsansatz

  1. Detaillierte Messung und Modellierung des Energieverbrauchsprofils verschiedener BLE-SoCs
  2. Entwicklung von Strategien für eine Optimierung des Energieverbrauchs durch intelligente Steuerung der Kommunikationsparameter
  3. Entwicklung eines BLE-Gateways für das Netzwerk-Management
  4. Untersuchung der Mesh-Kommunikation für das Netzwerk-Management

Kooperationen

Es besteht Interesse an Kooperationsprojekten mit Partnern aus der Wirtschaft und Forschung. Bitte wenden Sie sich bei Interesse an Prof. Dr. Fühner.

Abschlussarbeiten

Im Rahmen des Forschungsprojektes werden Abschlussarbeiten vergeben, bitte wenden Sie sich bei Interesse an Prof. Dr. Fühner oder Prof. Dr. Röhrig.


gedruckt am: 12.12.2018  15:50