Die stetig steigende Komplexität von eingebetteten mikroelektronischen Systemen,
die sich durch eine Vielzahl von Komponenten mit jeweils verschiedenen möglichen
Zustände jeder einzelnen Komponente auszeichnet, führt dazu, dass eine ganzheitliche
Optimierung nicht mehr, oder nur sehr zeitaufwändig möglich ist. Dieses zeigt sich auch
im Bereich der drahtlosen Sensorknoten, welche sich durch mehrere Sensoren, ein Bauteil
zur Informationsverarbeitung, eine Funkschnittstelle und eine Energieversorgung mittels
Batterie auszeichnen. Dessen Optimierung besteht in der Maximierung der Energieeffizienz,
welche als die Anpassung der Leistungsfähigkeit an die Anforderungen der Anwendung bei
gleichzeitiger Minimierung der Leistungsaufnahme definiert ist. Ziel der Arbeit ist daher
die Entwicklung einer Entwurfsmethodik für drahtlose Sensorknoten, welche sowohl die
Energieeffizienz des Systems optimiert, als auch den Entwurfsprozess systematisiert.
Einleitend wird zunächst der Stand der Technik drahtloser Sensorknoten hinsichtlich Systemstruktur,
Komponenten, Messgrößen und Parametern sowie der verfügbaren Systeme
analysiert. Anschließend wird die bisher übliche Methodik zur Messung der Leistungsaufnahme
von eingebetteten Systemen dargestellt und das Vorgehen anhand von zwei
Praxisbeispielen verdeutlicht, wodurch sich die Komplexität der Konfigurationsmöglichkeiten
hinsichtlich der Optimierung bestätigt. Vergleichend dazu wird der Stand der Technik
für die Modellierung von drahtlosen Sensorknoten analysiert.
Auf dieser Grundlage wird die Methodik für den Entwurf von drahtlosen Sensorknoten
beschrieben. Zunächst erfolgt die Einordnung in den bisherigen Entwurfsprozess drahtloser
Sensorknoten und im Anschluss daran die Ableitung des Handlungsbedarfs. Darauf folgt
die theoretische Betrachtung des aufgestellten Modells anhand des grundlegenden Systemund
Komponentenmodells. Anschließend werden die spezifischen Modelle für die einzelnen
Komponenten und deren Zusammenschluss zu einem Modell für das Gesamtsystem
beschrieben. Darauf aufbauend wird das Systemverhalten mittels der Definition von Tasks,
dem Tastgrad und dem Datenfluss abgebildet. Somit wird eine Entwurfsraumexploration
hinsichtlich Leistungsfähigkeit und Leistungsaufnahme ermöglicht.
Anschließend wird die Methodik des modellgestützten Entwurfs von drahtlosen Sensorknoten
exemplarisch angewendet, wobei der Entwurfsraum in jedem Schritt des Entwurfsprozesses
eingeschränkt und schlussendlich auf einen kleinen Lösungsraum fokussiert
wird. Somit wird demonstriert, dass das Verfahren in der Lage ist, den Entwurf zu systematisieren
und durch die Simulation der verschiedenen Entwurfsschritte zielführender
zu gestalten. Das Vorgehen erhöht somit zum einen die Effizienz des Sensorknotens
und zum anderen die Effizienz der Entwicklung von drahtlosen Sensorknoten oder auch
eingebetteten Systemen im weiteren Sinne.
