Drahtlose Sensornetze können Zustände physikalischer Größen messen und an eine Basisstation (Datensenke) melden. Durch die geographische Verteilung der Sensorknoten und die Bedingungen bei der Mehrwegeausbreitung kann die Situation auftreten, dass nicht alle Sensorknoten direkten Kontakt zur Basisstation aufbauen können. Sie müssen andere Sensorknoten als Vermittlungsstation in Anspruch nehmen, um die Nachrichten an die Basisstation zu befördern. Um den Energieverbrauch zu verringern, werden Nachrichten zum einen ereignisbasiert generiert und zum anderen zeitbasiert vermittelt. Dabei beschreibt der Arbeitszyklus den Anteil der Vermittlungsaktivität am Gesamtzyklus. Derzeit verfügbare Methoden berücksichtigen allerdings nicht die Verknüpfung zwischen dem von der Anwendung generierten Verkehr und der Vermittlungshäufigkeit. In der vorliegenden Arbeit wird ein Verfahren vorgeschlagen, mit dem der Arbeitszyklus zur Laufzeit automatisch eingestellt werden kann. Dafür wird in der Vermittlungsstation die Verkehrscharakteristik gemessen und für die Einstellung des Arbeitszyklus benutzt. Die Leistungsfähigkeit der Anpassung des Arbeitszyklus wird mit Simulationen untersucht. Sie zeigen, wie sich der Ansatz bei verschiedener Parametrierung in statischen und dynamischen Szenarien verhält. Um dem späteren Anwender der Anpassung eine Abschätzung des Verhaltens zu ermöglichen, werden zusätzlich analytische Modelle für die Analyse des statischen und dynamischen Verhaltens entwickelt. Ferner wird gezeigt, dass der entwickelte Ansatz für etablierte Standardtechniken (z. B. IEEE 802.15.4) eingesetzt werden kann. / Wireless Sensor Networks support flexible measuring of physical values. Due to the geographical distribution and multipath scattering the base station in such a network might not be reached by all sensors. Hence, other sensor nodes have to work as relay stations. At the same time, each sensor node is forced to consume as low energy as possible. In order to save energy the messages are generated event based in each sensor node and forwarded with a time triggered approach. Thereby, the duty cycle describes the portion of the relay activities in relation to the overall cycle. Currently available approaches do not properly adapt these two paradigms, event and time triggered, to each other. In this work a method to adapt the duty cycle according to the traffic is proposed. Therefore, the traffic is monitored and evaluated for traffic adaptation. Furthermore, the performance of the duty cycle adaptation is assessed using simulations. They show the behavior of the adaptation algorithm in static and dynamic scenarios with different parametrizations. The supplemental analytical models enable to easily estimate the behavior of the adaptation, in static as well as in dynamic scenarios. Also, it is shown how the duty cycle adaptation can be deployed for standard technologies like IEEE 802.15.4.

The work in hand considers energy efficiency of data transmission in wireless networks with low data rate (=sensor networks). Often the network nodes are battery operated thus calling for node lifetimes of months or even years. Thus, energy efficiency becomes an important optimisation criteria when designing hardware as well as for the physical transmission, protocol design etc. In order to meet the tight energy constraints, it is necessary to optimise the system as a whole, not just single parameters. This work first shows a derived analysis model for calculating the energy consumption during data transmission. This model is based on a complex state diagram which is evaluated using Mason rules. Using this model the impact of individual parameters on the energy consumption can be computed. Herein the interference of other nodes is included as well. The individual parameters investigated include detection method, modulation scheme, error correction and channel access. The main conclusion is, that higher transmit power can yield decreased energy consumption if the time, which nodes spend in the energy intense active mode, is reduced. Ultra-Wideband-transmission (UWB) using short pulses (Impulse Radio-IR) is currently developing. The potential of this technology is a very simple power-efficient transmitter. Moreover, due to the short pulses, transmission time is short. These two facts promise an energy efficient operation in transmit mode. Nevertheless, performance of simple receivers is still quite low, especially in multi-path environments. Moreover there is the need of powerful synchronisation algorithms. Sensor networks usually possess multi-hop functionality. However, only in severe (block) fading channels multi-hop is more energy efficient than direct transmission. Supposed the transmit power is the same for all nodes, then the transmit power has to be dimensioned for the weakest link. Then, under certain conditions, cooperative relaying schemes can not capitalize the spatial diversity gain. - (This manuscript is also available - in the form of a book - from Dresden: Vogt (Verlag), ISBN:3-938860-02-2) / Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Energieeffizienz der Datenübertragung in Funknetzwerken mit geringer Datenrate (=Sensornetzwerke). Die Netzknoten solcher Netzwerke sind zumeist batteriebetrieben und sollen Betriebsdauern von Monaten bis Jahren erreichen. Daher ist Energieeffizienz ein wichtiges Designmerkmal sowohl beim Hardwareentwurf als auch bei der physikalischen Übertragung, im Protokolldesign usw. Um den energetischen Beschränkungen gerecht zu werden, sollen nicht Einzelparameter optimiert werden, sondern das System insgesamt. In dieser Arbeit wird zunächst ein Analysemodell zur Berechnung des Energieverbrauchs bei der Datenübertragung entwickelt, welches diesen Forderungen gerecht wird. Dieses basiert auf einem komplexen Zustandsdiagramm, welches mit der Mason'schen Regel ausgewertet wird. Dieses Modell nutzend, kann der Einfluss von Einzelparametern auf den Energieverbrauch unter Berücksichtigung der Interferenzen anderer Netzknoten berechnet werden. Als Einzelparameter werden exemplarisch Detektionsverfahren, Modulation, Fehlerschutzkodierung und Kanalzugriff untersucht. Die Grunderkenntnis dieser Betrachtungenen ist, dass höhere Sendeleistungen zu geringerem Energieverbrauch führen, wenn dadurch die Zeit des Netzknotens im energieintensiven Aktiv-Mode verkürzt wird. Ultra-Wideband-Verfahren (UWB) mittels kurzen Pulsen (IR-UWB) befinden sich noch in einer frühen Entwickungsstufe. Das Potential liegt in einem sehr einfachen Senderaufbau, der sehr leistungseffiziente Sender ermöglicht. Aufgrund der kurzen Pulse ist zudem die Übertragungszeit sehr gering. Diese beiden Gegebenheiten lassen auf einen geringen Energieverbrauch hoffen. Allerdings ist die Leistungsfähigkeit von einfachen Empfängern insbesondere in Mehrwegekanälen sehr gering. Desweiteren gibt es noch intensiven Forschungsbedarf für leistungsfähige Synchronisationsalgorithmen. Sensornetzwerke verfügen im Allgemeinen über Multi-Hop-Funktionalität. Energetisch betrachtet, ist deren Einsatz aber nur in starken Blockschwundkanälen sinnvoll. Wird die Sendeleistung aller Netzknoten als konstant angenommen, muss die Sendeleistung auf die schwächste Verbindung dimensioniert werden. Bei kooperativen Vermittlungsverfahren kann dadurch unter bestimmten Bedingungen der räumliche Diversitätsgewinn nicht genutzt werden. - (Die Dissertation ist veröffentlicht im Verlag Vogt, Dresden, ISBN:3-938860-02-2)