Hardware-orientierte Untersuchung von drahtlosen Kommunikationsmechanismen im Kontext der Intragebäudekommunikation

Abstract

Durch die rapide voranschreitende Miniaturisierung, die kontinuierlich schrumpfende Verlustleistung und den fortwährenden Preisverfall, halten drahtlos kommunizierende Geräte Einzug in vormals drahtgebundenen Kommunikationsdomänen oder völlig neuen Einsatzgebieten. Diese Entwicklung spiegelt sich auch in der zunehmenden Automatisierung von Gebäuden wider, für welche die drahtlose Kommunikation eine Schlüsseltechnologie darstellt. Der Entwurfsprozess für entsprechende Kommunikationssysteme stellt aufgrund der Vielzahl der verwendeten Hard- und Softwarekomponenten sowie deren Parametrierung, vor dem Hintergrund oftmals gegensätzlicher Entwurfskriterien eine komplexe Herausforderung dar. Um dennoch beispielsweise anwendungsrelevante Güten sicherzustellen oder anwendungsspezifische Anpassungen vorzunehmen, ist es notwendig, das Systemverhalten in einer Vielzahl von Betriebszuständen präzise vorhersagen zu können. Vor dem Hintergrund des Abtauschs zwischen Komplexität und Präzision können hier analytische Verfahren, bedientheoretische Modelle und Simulationstechniken eingesetzt werden. Um ein hohes Maß an Präzision zu erreichen, ist es dabei notwendig, zeitliche Zusammenhänge innerhalb der eingesetzten Hardware sowie der Protokolle abbilden zu können. Diese Anforderungen werden vom Ansatz der diskreten, ereignisbasierten Simulation vollständig erfüllt und erlauben es, ein umfassendes und zugleich realistisches Bild vom Verhalten von Kommunikationssystemen für die Intragebäudekommunikation gewinnen zu können. Die vorliegende Arbeit stellt diese und andere Methoden zur Entwurfsraumexploration vor und bewertet sie hinsichtlich ihrer inhärenten Modellierungskomplexität sowie der resultierenden Abbildungspräzision. Anhand von zwei Anwendungsbeispielen (elektronische, funkvernetzte Schließanlage und optisches Kommunikationssystem) mit gegensätzlichen Entwurfszielen wird dabei der Prozess der diskreten, ereignisbasierten Modellierung veranschaulicht. Neben der exakten Wiedergabe des tatsächlichen Systemverhaltens – insbesondere der Hardware-Aspekte –, erlaubt ein hohes Maß an Modularität die schnelle Anpassung, respektive Erweiterung, der Modelle. Bei der anschließenden Untersuchung des Entwurfsraums basierend auf verschiedenen real existierenden Hardwarekomponenten sowie aktuellen Kommunikationsprotokollen, zeigt sich zum einen, dass Änderungen einzelner Betriebsparameter aufgrund der starken Kopplung der einzelnen Systemelemente oftmals schichtübergreifende, d.h. systemweite Auswirkungen haben. Zum anderen offenbarten Parameterstudien, dass die entstehenden Lösungen häufig nichtlinear im Entwurfsraum verteilt sind, weswegen eine linear approximative Systemauslegung zu suboptimalen Konfigurationen führen kann. Ebenso ist es mit Hilfe des erarbeiteten Ansatzes sowie statistischer Methoden möglich, diejenigen Parameter zu bestimmen, die für ein Entwurfskriterium, z.B. den Datendurchsatz, die größte Bedeutung haben, so dass gezielte Anpassungen möglich sind.