Entwicklung einer effizienten und zuverlässigen LiFi-Kommunikation für Kleinstsensoren

• Typ der Arbeit: Masterarbeit
• Status der Arbeit: abgeschlossen
• Betreuer: Ulf Kulau, Lucas Bublitz

In Projekten wie Rodent Research werden Anforderungen an Sensoren gestellt, welche insbesondere Gewicht und Baugröße betreffen. Sensoren, bspw. mögliche SCG/BCG Sensoren, müssen hoch-miniaturisiert und damit unaufdringlich sein.

Solche hoch-miniaturisierte Sensoren müssen ihre Daten an eine Senke übermitteln können. Kommt die Anforderung, dass keine drahtgebundene Kommunikation möglich ist hinzu, bleibt nur noch die drahtlose Datenübertragung. RF Lösungen sind hier sicherlich eine gute Möglichkeit und bieten bspw. bei BLE geringe Verlustleistung bei hoher Bandbreite.

In dieser Arbeit soll hingegen untersucht werden, in wie weit LiFi als einfach Möglichkeit der Datenübertragung nutzbar gemacht werden kann. Über allem schwebt die Anforderung, dass der Sensor sehr klein anzunehmen ist. Darin liegt auch die Herausforderung. Hierzu soll zunächst eine Einarbeitung in das Thema erfolgen, wie man bspw. mittels IR Diode (oder eben visual light) Daten übertragen kann. Daran schließen sich Fragen an wie:

• Was gibt es schon, welche Ansätze oder sogar Modulationen werden verwendet
• Wie kann man das auch noch zuverlässig machen. Redundanz auf dem PHY (also unterschiedliche Wellenlängen) oder aber Redundanz in den Daten (Reed Solomon oder ähnliches?)
• Grundsätzlich auch die Frage wie sieht es mit dem Durchsatz aus? Was schafft man eigentlich?
• Wie sieht die Energiebilanz aus (Energy/bit?)

Tasks

• Einleitung, Motivation, Story
• Verwandte Arbeiten, was machen andere, wie machen die das, wie grenzen wir uns ab
• Konzept für einen Prototypen, erste Planung, Ideen, usw. also tatsächlich nur auf dem Papier
• Entwicklung und Implementierung eines Prototypen (miniaturisierte Version)
• Evaluation (Funktion, Durchsatz, Zuverlässigkeit, Energieeffizienz, Reichweite usw. usf.)
• Schriftliche Ausarbeitung und Dokumentation

Further Reading

• Journal
  A Precise, Parallel and Scalable Measurement System for Ballistocardiographic Research

  Thiemo Clausen, Tobias Jura, Nico Jähne-Raden, Marie Cathrine Wolf, Lars Wolf, Ulf KulauSmart Health192021.
  https://doi.org/10.1016/j.smhl.2020.100169 [BibTex]

  🗙

  BibTex Entry

  @article{kulau_BCG:2020,
  abstract = {Ballistocardiography (BCG) is the measurement of heart and cardiovascular related acceleration of the body. Due to the availability of inexpensive and small accelerometers, scientific interest in BCG increased in recent years. A variety of different measurement systems have emerged. Many of them lack on data quality, such as resolution and temporal precision. A deterministic timing behaviour is essential to produce meaningful results, especially when dealing with data from multiple sensors at once. We present a novel measurement system, which allows for parallel digital data acquisition in the presence of strict deterministic timing constraints. A dedicated server manages multiple measurement boards and acts as a data sink. All connected boards are synchronized, which renders all acquired data comparable in time. On each board, data from 4 parallel channels is pre-processed and time-stamped in Field Programmable Gate Array logic. The presented system enables distributed measurements and is scalable within the limitations of the available network. A field test with over 30 subjects proved the usability and reliability of the system, while all data are made available for the community and first results of this campaign are presented within this paper.},
  author = {Thiemo Clausen and Tobias Jura and Nico Jähne-Raden and Marie Cathrine Wolf and Lars Wolf and Ulf Kulau},
  doi = {https://doi.org/10.1016/j.smhl.2020.100169},
  entrysubtype = {Journal},
  issn = {2352-6483},
  journaltitle = {Smart Health},
  keywords = {Ballistocardiography, Measurement system, Data acquisition, Field test},
  pages = {100169},
  title = {{A Precise, Parallel and Scalable Measurement System for Ballistocardiographic Research}},
  url = {https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352648320300611},
  volume = {19},
  year = {2021},
  }

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• Implementation of a simple Li-Fi based system

  Rahul R Sharma, Akshay Sanganal, Sandhya PatiInternational journal of computing and technology1.92014.
  [BibTex]

  🗙

  BibTex Entry

  @article{sharma2014implementation,
  author = {Sharma, Rahul R and Sanganal, Akshay and Pati, Sandhya},
  journaltitle = {International journal of computing and technology},
  number = {9},
  pages = {437–443},
  title = {Implementation of a simple Li-Fi based system},
  volume = {1},
  year = {2014},
  }

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