Energieeffiziente Sensornetze für das akustische Condition Monitoring (CoolConSens)

tl_files/img/pictos/coolconsens.png... Teilvorhaben: Architekturen zur Signalverarbeitung

 

Das Vorhaben CoolConSens wurde als Verbundprojekt gemeinsam mit der TU Dresden, dem IMMS Ilmenau und der Agilion GmbH Chemnitz im Rahmen des BMBF-Spitzenclusters "Cool Silicon" durchgeführt. In "Cool Silicon" war das Verbundprojekt der Area 3 "Sensornetzwerke" zugeordnet. Die Zusammenarbeit zwischen den Partnern im Rahmen des Verbundprojekts wurde in einer Kooperationsvereinbarung geregelt.

Ziel des Teilvorhabens "Architekturen zur Signalverarbeitung" war die Erforschung eines Systems zur örtlichen Lokalisierung von Schallereignissen in Räumen. Dabei soll das System Schallereignisse detektieren und bei detektierten Schallereignissen die Schallquelle lokalisieren.

Übliche Lösungen zur akustischen Lokalisierung basieren auf der Auswertung von schwellenbasierten Laufzeitmessungen. Im günstigsten Fall erfolgt eine Korrelation der räumlich unterschiedlichen Signale. Die Überlagerung mit Störungen sowie eine unzureichende gemeinsame Systemzeit-Basis erlauben dabei nur unbefriedigende Genauigkeiten. Für die Korrelation müssen kontinuierliche Messsignale breitbandig zentral zusammengeführt und ausgewertet werden. Der hohe Strombedarf für leistungsfähige Signalprozessoren und breitbandige Vernetzung verursachte bisher entweder geringe Laufzeiten und begrenzte Verfügbarkeit des Sensornetzes oder einen hohen Installationsaufwand zur gleichmäßigen Versorgung aller Netzknoten. Es sind keine Lösungen bekannt, die die Verfügbarkeit der Sensorknoten und die Qualität der Lokalisierung vom verfügbaren Energiebudget auf den Sensorknoten steuert.

voice INTER connect setzte sich im Rahmen des Teilvorhabens "Architekturen zur Signalverarbeitung" das Ziel, ein System zur Detektion und örtlichen Lokalisierung von Schallereignissen in Räumen zu entwickeln. In Abhängigkeit von unterschiedlichen Energiebudgets sollte die Messgenauigkeit der Lokalisierungsverfahren gesteuert werden können (bei großem Budget Messung mit hoher Präzision, bei geringem Energiebudget Messung mit geringer Präzision).

Verschiedene Arbeitspakete waren für die Entwicklung eines Demonstrators zu bearbeiten:

  • Erforschung, Auswahl und Entwicklung einer Hardwareplattform (Sensorknoten) zur Erfassung, Vorverarbeitung und Übertragung von akustischen Messdaten unter Einsatz eines effizienten Energiemanagements
  • Erforschung von lokalen Messverfahren zur Lokalisierung von akustischen Ereignissen sowie Aufteilung zwischen Vorverarbeitung auf dem Sensorknoten und zentraler Auswertung der von verteilten Sensorknoten stammenden akustischen Signale mit dem Ziel einer ressourcenschonenden Vorverarbeitung bei Kommunikation über kapazitätsbegrenzte Kanäle
  • Erforschung eines auf das Messverfahren zugeschnittenen effektiven Energiemanagements im Sensorknoten

Das Ergebnis stellt eine miniaturisierte, kostengünstige, leistungsfähige Hardwareplattform dar. Dies wird ermöglicht durch ein stark auf Energieeffizienz optimiertes Messverfahren und eine schlanke, auf ideale Ressourcennutzung ausgelegte Software-Architektur.

Die im Projekt erforschten und implementierten Verfahren und Algorithmen (Voice Activity Detection, Preprocessing für Richtungsdetektion, Konzepte für Signalverarbeitungsarchitektur in verteilten embedded-serverbasierten Systemen) sind in die Toolbox der voice INTER connect übernommen worden. Auch das hinzugewonnene Know-How in den Bereichen Energiemonitoring / Energiemanagement eingebetteter Systeme, drahtlose Sensornetzwerke sowie modulare, energieeffiziente Hard- und Softwareplattformen stehen nun für einen breiteren Anwenderkreis zur Verfügung.

 

 

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gefördert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung