Art der Arbeit: Masterarbeit

Fachlicher Hintergrund:

IoT-Geräte verwenden eine Reihe unterschiedlicher Funkverfahren und Protokollen, um letztlich mit dem Internet zu kommunizieren. Dazu gehören z.B. LoRaWAN, Z-Wave, ZigBee oder Bluetooth Low Energy. Es soll ein Verfahren entwickelt werden, mit dem IoT-Geräte (und ggfs. sonstige Sender) geortet werden können.

Besondere Herausforderungen dabei sind, dass mehrere Geräte den selben Kommunikationskanal benutzen und die Duty-Cycles sehr gering sind.

Aufgabenbeschreibung:

Für die Ortung der Sender soll ein Ausbreitungsmodell mittels Probemessungen erstellt werden und die Position des Senders daraus abgeleitet werden. Dabei können sowohl Feldstärken als auch Richtungsinformationen (Richtantennen - mechanisch oder elektronisch gerichtet, MIMO-Techniken z.B. mit Coherent SDR) berücksichtigt werden. Das System soll möglichst schnell zu einer Ortung kommen. Daher ist der parallele Einsatz mehrerer Empfänger angeraten.

Wir wollen das jeweils relevante Frequenzspektrum über einen möglichst kurzen Zeitraum aufzeichnen und an möglichst wenigen Messstellen aufzeichnen. Dabei können z.B. Software Defined Radios (SDR) verwendet werden.

Anstelle mehrerer gleichzeitig aktiver Messstellen können auch bewegliche Messstellen verwendet werden. Anhang eines iterativ ermittelten Ausbreitungsmodells können die Stellen ermittelt werden, an denen eine neue Messung erfolgen soll. Diese Stellen könnten dann beispielsweise gezielt mit einem Multicopter angeflogen werden.

Es sollen unter anderem die folgenden Fragestellungen beantwortet werden:

  • Wie viele Messpunkte werde situationsabhängig benötigt, um vorgegebene Genauigkeiten zu erreichen?
  • Welche Genauigkeiten sind mit einer vorgegebenen Anzahl von Messpunkten abhängig von Geometrie und Umgebung zu erreichen?
  • Ist eine Dekodierung der Daten möglich und nötig, um anhand der Bitströme die Erkennung des Absenders und anschließende deren Ortung gezielt zu ermöglichen?

Mögliche Arbeitsschritte:

  • Betrachtung der zu untersuchenden Protokolle.
    • Frequenzen und Modulationsverfahren
    • Kommunikationsablauf
    • Adressierung
  • Einarbeitung in Lokalisierungsverfahren.
  • Entwicklung eines Verfahrens zur Erstellung eines Ausbreitungsmodells.
  • Verfeinerung des Verfahrens durch Bestimmung von Messstellen, an denen eine erneute Messung lohnt.
  • Finden geeigneter Messgeräte (SDRs) und Libraries. Setup einer Testumgebung.
  • Umsetzung als Prototyp
  • Erprobung
  • Bewertung

Die genaue Festlegung des Themas erfolgt in Abstimmung mit den Betreuern unter Berücksichtigung eventuell schon an andere Studenten vergebener Themengebiete. Eine gemeinsame Bearbeitung verschiedener Teilthemen durch mehrere Studenten ist unter Umständen möglich. 

Literatur und Ressourcen:

Betreuer: Dr. Thomas Mundt (thomas.mundt@uni-rostock.de)

Voraussetzungen: Programmierkenntnisse in einer höheren Programmiersprache und ein Verständnis elektrotechnischer Grundlagen sind von Vorteil.