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Bibliographic Metadata

Title
Reliable communication in distributed sensor networks / vorgelegt von Muhammad Nabeel ; Betreuer: Prof. Dr.-Ing. habil. Falko Dressler, Gutachter: Prof. Dr.-Ing. habil. Falko Dressler, Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. habil. Robert Weigel
AuthorNabeel, Muhammad
ParticipantsDressler, Falko ; Weigel, Robert ; Sommer, Christoph ; Meyer auf der Heide, Friedhelm ; Scheideler, Christian
PublishedPaderborn, 2019
Edition
Elektronische Ressource
Description1 Online-Ressource (viii, 104 Seiten) : Diagramme
Institutional NoteUniversität Paderborn, Dissertation, 2019
Annotation
Tag der Verteidigung: 03.04.2019
Defended on2019-04-03
LanguageEnglish
Document TypesDissertation (PhD)
URNurn:nbn:de:hbz:466:2-34329 
DOI10.17619/UNIPB/1-676 
Files
Reliable communication in distributed sensor networks [4.56 mb]
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Abstract (German)

Sensornetzwerke haben in der Vergangenheit aufgrund ihres selbstorganisierten Betriebs große Aufmerksamkeit erlangt. Diese Dissertation befasst sich deshalb mit heterogenen Sensornetzwerken, in denen Backbone- oder Boden-Knoten ein Kernnetzwerk bilden, über das Daten an eine Senke geliefert werden und mobile Knoten Lokalisierungs- und Nachbarschafts-Informationen zu diesem Backbone-Netzwerk senden. Im Fehlerfall gehen die übertragenen Informationen verloren und müssen daher erneut übertragen werden. In Anbetracht extrem energiebeschränkter Knoten sind solche Neuübertragungen äußerst teuer. Daher konzentrieren wir uns auf die Verbesserung der Energieeffizienz und der Zuverlässigkeit der Kommunikation in solchen Sensornetzwerken. Wir beginnen mit der Untersuchung einer quadratischen Sub-Carrier-Modulation zusammen mit Binary Phase-Shift Keying (BPSK) zur gleichzeitigen Übertragung von Lokalisierungsinformationen und Daten auf einem einzelnen Träger. Um die Leistung sowohl in Simulationen als auch in praktischen Experimenten zu bewerten, entwickeln wir das gesamte System auf einer Software Defined Radio (SDR)-basierten Plattform. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Sub-Carrier-Modulation nur geringfügig schlechter abschneidet als BPSK. Wenn jedoch beide zusammen verwendet werden, wird Energie am mobilen Knoten eingespart. Anschließend richten wir unsere Aufmerksamkeit auf eine verbesserte Zuverlässlichkeit der Kommunikation. Dafür nutzen wir die verteilte Struktur des Bodennetzes aus und verwenden es als verteiltes Antennenarray, um Diversity Combining anzuwenden. Um diese Technik effizient einsetzen zu können, schlagen wir das Konzept der selektiven Sampleweiterleitung vor. Wir bauen auf unserer SDR-basierten Implementierung auf und zeigen experimentell, dass der vorgeschlagene Ansatz die Packet Delivery Rate (PDR) um mehr als 10 % ...

Abstract (English)

Sensor networks have gained considerable attention in the past due to their self-organized operation. In this PhD thesis, we target those heterogeneous sensor networks in which backbone (or ground) nodes establish a core network to deliver data to a sink, whereas mobile nodes transmit both localization and encounter information to this backbone network. In the case of errors, the transmitted information is lost and thus needs to be retransmitted. Considering extremely energy-constrained nodes (having weight of less than 2 g), such retransmissions are quite expensive. Hence, we focus on improving the energy-efficiency and communication reliability in such ultra-low power sensor networks. We begin this thesis by investigating the potential of using a square sub-carrier modulation alongside Binary Phase-Shift Keying (BPSK) to transmit localization and data information simultaneously at a single carrier. To assess the performance in both simulations and practical experiments, we develop the whole system in a Software Defined Radio (SDR)-based platform. Our results show that the sub-carrier modulation performs only marginally worse than the BPSK, however, using both of them together saves energy at the mobile node. We then turn our attention towards improved communication reliability. For that, we exploit the distributed nature of the ground network and use it as a distributed antenna array to apply diversity combining. In order to employ receive diversity efficiently, we propose the concept of selective sample forwarding. We build upon our SDR-based implementation and experimentally show that the proposed approach improves the Packet Delivery Rate (PDR) by more than 10 % in comparison to not using diversity combining at all. Finally, we address the cost of forwarding the received information through the ground network to a central sink, where diversity combining is ...

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