MAC-Schicht Optimierung zur Nutzung eines auf UWB basierenden drahtlosen Kommunikationsnetzwerks innerhalb von Satelliten

Abstract

Raumfahrzeuge bestehen nach gangiger Praxis aus unterschiedlichen Subsystemen, die ¨ miteinander verbunden sind und uber Bussysteme, wie SpaceWire, Daten miteinander ¨ austauschen. Ein großer Kostenfaktor bei der Konstruktion ist dabei die Verkabelung, um die Kommunikation zwischen diesen Systemen sicherzustellen. Zur Reduzierung des Verkabelungsaufwandes bietet sich die Verwendung energiesparender, drahtloser Sensornetzwerke an, wie sie auch auf der Erde bereits in vielen Anwendungsbereichen zum Einsatz kommen. Eine neue vielversprechende Ubertragungstechnik ¨ in diesem Bereich stellen impulsbasierte Ultrabreitband Funkverbindungen dar. Prinzipbedingt sind diese sehr robust und bspw. nahezu immun gegen Signalabschw¨ achung durch Mehrwegeausbreitung. Uber dieser physischen Zugriffsebene definieren Standards ¨ wie der IEEE 802.15.4 auch MAC Layer, die fur diese Betriebsart besonders geeignet sind ¨ und die Verteilung des Mediums zwischen den Teilnehmern organisieren. Insbesondere die jungsten Erweiterungen dieses Standards zielen auf die Erh ¨ ohung der Robustheit ¨ dieser Netze ab, um sie z.B. in Industriesteuerungen verwenden zu konnen. ¨ Diese Arbeit zeigt die Implementierung der LLDN Erweiterung des 802.15.4e Standards fur Ultrabreitband Transceiver. Dieser auf einem TDMA Verfahren basierende MAC Layer ¨ zeichnet sich durch besonders geringen Protokoll-Overhead aus. In Kombination mit einer Ultrabreitbandverbindung lasst sich so ein sehr leistungsf ¨ ahiges und gleichzeitig ¨ robustes Netz realisieren, das auch fur kritische Prozesse an Bord eines Raumfahrzeuges ¨ eingesetzt werden kann. Die implementierte Losung wurde mit dem weit verbreiteten ¨ TSCH MAC des Standards verglichen und zeigt neben einer signifikant geringeren Latenz auch ein deterministisches Latenzverhalten bei gleichzeitig niedrigem Energieverbrauch pro Paket. Die Kombination von LLDN und Ultrabreitband zeigt das Potential, um auf dieser Basis einen angepassten MAC Layer fur die Intra-Satellitenkommunikation zu ¨ entwickeln.