Langattoman sensorisolmun energiatehokkaan signaalinkäsittelyn arkkitehtuuri: Diplomityö

Research output: ThesisMaster's thesisTheses

Abstract

Langaton sensoriverkkoteknologia on tulossa käytännön sovelluksiin. Nykyiset markkinoilla olevat toteutukset pyrkivät vastaamaan mahdollisimman moneen tarpeeseen ja johtavat siten kompromisseihin. Toinen ääripää on yhteen tarkoitukseen optimoidut energiaomavaraiset ratkaisut, joilta puuttuu kokonaan mukautuvuus. Sensorisolmussa tapahtuvaan energiatehokkaaseen mittausdatan käsittelyyn tarvitaan uusia ratkaisuja. Sensorisolmun tulisi olla sekä erilaisiin tarpeisiin mukautuva ja vähän energiaa kuluttava että myös edullinen valmistaa. Usean erillisen sensorisolmuarkkitehtuurin ylläpito on myös työlästä. Pitkän toiminta-ajan sekä tarvittaessa raskaamman laskennan toteuttaminen yhden piirin ratkaisulla voi olla haastavaa. Yksi ratkaisu tähän ongelmaan on kevyen mikrokontrollerin sekä vähävirtaisen FPGA:n yhdistelmä. Valitsemalla valmistusvaiheessa eri kokoisia FPGA-piirejä, voidaan saavuttaa joko yksinkertainen tai tehokkaaseen paikalliseen datan käsittelyyn soveltuva mittaussolmu ilman piirilevymuutoksia. FPGA:lle voidaan valita arkkitehtuuri joko suorituskyvyn tai kehityksen joustavuuden maksimoimiseksi. Tässä työssä tutkittiin uudelleenkonfiguroitavan teknologian (FPGA) mahdollisuuksia niille soveltuvien arkkitehtuurien kannalta (esim. TTA). Työn yhteydessä suunniteltiin langaton mittaussolmu, joka soveltuu kevyeen ja monipuoliseen mittaukseen mutta myös raskaampaan signaalinkäsittelyyn. Tuloksena modernin FPGA:n ja mikrokontrollerin yhdistelmällä todettiin päästävän muokattavaan vähävirtaiseen ratkaisuun siirtoliipaisuarkkitehtuurilla. FPGA:n tehonhallinta tukee nopeaan tahtiin tapahtuvia siirtymiä lepo- ja aktiivitilojen välillä mahdollistaen jopa ohjelmistoradioratkaisuja.
Original languageFinnish
QualificationMaster Degree
Awarding Institution
  • University of Oulu
Place of PublicationOulu
Publisher
Publication statusPublished - 2010
MoE publication typeG2 Master's thesis, polytechnic Master's thesis

Keywords

  • FPGA
  • korkean tason synteesi
  • siirtoliipaisuarkkitehtuuri
  • langaton sensoriverkko
  • RTL

Cite this

@phdthesis{95fd4a3f597740849970bbde94549932,
title = "Langattoman sensorisolmun energiatehokkaan signaalink{\"a}sittelyn arkkitehtuuri: Diplomity{\"o}",
abstract = "Langaton sensoriverkkoteknologia on tulossa k{\"a}yt{\"a}nn{\"o}n sovelluksiin. Nykyiset markkinoilla olevat toteutukset pyrkiv{\"a}t vastaamaan mahdollisimman moneen tarpeeseen ja johtavat siten kompromisseihin. Toinen {\"a}{\"a}rip{\"a}{\"a} on yhteen tarkoitukseen optimoidut energiaomavaraiset ratkaisut, joilta puuttuu kokonaan mukautuvuus. Sensorisolmussa tapahtuvaan energiatehokkaaseen mittausdatan k{\"a}sittelyyn tarvitaan uusia ratkaisuja. Sensorisolmun tulisi olla sek{\"a} erilaisiin tarpeisiin mukautuva ja v{\"a}h{\"a}n energiaa kuluttava ett{\"a} my{\"o}s edullinen valmistaa. Usean erillisen sensorisolmuarkkitehtuurin yll{\"a}pito on my{\"o}s ty{\"o}l{\"a}st{\"a}. Pitk{\"a}n toiminta-ajan sek{\"a} tarvittaessa raskaamman laskennan toteuttaminen yhden piirin ratkaisulla voi olla haastavaa. Yksi ratkaisu t{\"a}h{\"a}n ongelmaan on kevyen mikrokontrollerin sek{\"a} v{\"a}h{\"a}virtaisen FPGA:n yhdistelm{\"a}. Valitsemalla valmistusvaiheessa eri kokoisia FPGA-piirej{\"a}, voidaan saavuttaa joko yksinkertainen tai tehokkaaseen paikalliseen datan k{\"a}sittelyyn soveltuva mittaussolmu ilman piirilevymuutoksia. FPGA:lle voidaan valita arkkitehtuuri joko suorituskyvyn tai kehityksen joustavuuden maksimoimiseksi. T{\"a}ss{\"a} ty{\"o}ss{\"a} tutkittiin uudelleenkonfiguroitavan teknologian (FPGA) mahdollisuuksia niille soveltuvien arkkitehtuurien kannalta (esim. TTA). Ty{\"o}n yhteydess{\"a} suunniteltiin langaton mittaussolmu, joka soveltuu kevyeen ja monipuoliseen mittaukseen mutta my{\"o}s raskaampaan signaalink{\"a}sittelyyn. Tuloksena modernin FPGA:n ja mikrokontrollerin yhdistelm{\"a}ll{\"a} todettiin p{\"a}{\"a}st{\"a}v{\"a}n muokattavaan v{\"a}h{\"a}virtaiseen ratkaisuun siirtoliipaisuarkkitehtuurilla. FPGA:n tehonhallinta tukee nopeaan tahtiin tapahtuvia siirtymi{\"a} lepo- ja aktiivitilojen v{\"a}lill{\"a} mahdollistaen jopa ohjelmistoradioratkaisuja.",
keywords = "FPGA, korkean tason synteesi, siirtoliipaisuarkkitehtuuri, langaton sensoriverkko, RTL",
author = "Tero Peippola",
note = "CA2: TK807 OH: diplomity{\"o} Oulun yliopisto, s{\"a}hk{\"o}- ja tietotekniikan osasto PGN: 56 s",
year = "2010",
language = "Finnish",
publisher = "University of Oulu",
address = "Finland",
school = "University of Oulu",

}

Langattoman sensorisolmun energiatehokkaan signaalinkäsittelyn arkkitehtuuri : Diplomityö. / Peippola, Tero.

Oulu : University of Oulu, 2010. 56 p.

Research output: ThesisMaster's thesisTheses

TY - THES

T1 - Langattoman sensorisolmun energiatehokkaan signaalinkäsittelyn arkkitehtuuri

T2 - Diplomityö

AU - Peippola, Tero

N1 - CA2: TK807 OH: diplomityö Oulun yliopisto, sähkö- ja tietotekniikan osasto PGN: 56 s

PY - 2010

Y1 - 2010

N2 - Langaton sensoriverkkoteknologia on tulossa käytännön sovelluksiin. Nykyiset markkinoilla olevat toteutukset pyrkivät vastaamaan mahdollisimman moneen tarpeeseen ja johtavat siten kompromisseihin. Toinen ääripää on yhteen tarkoitukseen optimoidut energiaomavaraiset ratkaisut, joilta puuttuu kokonaan mukautuvuus. Sensorisolmussa tapahtuvaan energiatehokkaaseen mittausdatan käsittelyyn tarvitaan uusia ratkaisuja. Sensorisolmun tulisi olla sekä erilaisiin tarpeisiin mukautuva ja vähän energiaa kuluttava että myös edullinen valmistaa. Usean erillisen sensorisolmuarkkitehtuurin ylläpito on myös työlästä. Pitkän toiminta-ajan sekä tarvittaessa raskaamman laskennan toteuttaminen yhden piirin ratkaisulla voi olla haastavaa. Yksi ratkaisu tähän ongelmaan on kevyen mikrokontrollerin sekä vähävirtaisen FPGA:n yhdistelmä. Valitsemalla valmistusvaiheessa eri kokoisia FPGA-piirejä, voidaan saavuttaa joko yksinkertainen tai tehokkaaseen paikalliseen datan käsittelyyn soveltuva mittaussolmu ilman piirilevymuutoksia. FPGA:lle voidaan valita arkkitehtuuri joko suorituskyvyn tai kehityksen joustavuuden maksimoimiseksi. Tässä työssä tutkittiin uudelleenkonfiguroitavan teknologian (FPGA) mahdollisuuksia niille soveltuvien arkkitehtuurien kannalta (esim. TTA). Työn yhteydessä suunniteltiin langaton mittaussolmu, joka soveltuu kevyeen ja monipuoliseen mittaukseen mutta myös raskaampaan signaalinkäsittelyyn. Tuloksena modernin FPGA:n ja mikrokontrollerin yhdistelmällä todettiin päästävän muokattavaan vähävirtaiseen ratkaisuun siirtoliipaisuarkkitehtuurilla. FPGA:n tehonhallinta tukee nopeaan tahtiin tapahtuvia siirtymiä lepo- ja aktiivitilojen välillä mahdollistaen jopa ohjelmistoradioratkaisuja.

AB - Langaton sensoriverkkoteknologia on tulossa käytännön sovelluksiin. Nykyiset markkinoilla olevat toteutukset pyrkivät vastaamaan mahdollisimman moneen tarpeeseen ja johtavat siten kompromisseihin. Toinen ääripää on yhteen tarkoitukseen optimoidut energiaomavaraiset ratkaisut, joilta puuttuu kokonaan mukautuvuus. Sensorisolmussa tapahtuvaan energiatehokkaaseen mittausdatan käsittelyyn tarvitaan uusia ratkaisuja. Sensorisolmun tulisi olla sekä erilaisiin tarpeisiin mukautuva ja vähän energiaa kuluttava että myös edullinen valmistaa. Usean erillisen sensorisolmuarkkitehtuurin ylläpito on myös työlästä. Pitkän toiminta-ajan sekä tarvittaessa raskaamman laskennan toteuttaminen yhden piirin ratkaisulla voi olla haastavaa. Yksi ratkaisu tähän ongelmaan on kevyen mikrokontrollerin sekä vähävirtaisen FPGA:n yhdistelmä. Valitsemalla valmistusvaiheessa eri kokoisia FPGA-piirejä, voidaan saavuttaa joko yksinkertainen tai tehokkaaseen paikalliseen datan käsittelyyn soveltuva mittaussolmu ilman piirilevymuutoksia. FPGA:lle voidaan valita arkkitehtuuri joko suorituskyvyn tai kehityksen joustavuuden maksimoimiseksi. Tässä työssä tutkittiin uudelleenkonfiguroitavan teknologian (FPGA) mahdollisuuksia niille soveltuvien arkkitehtuurien kannalta (esim. TTA). Työn yhteydessä suunniteltiin langaton mittaussolmu, joka soveltuu kevyeen ja monipuoliseen mittaukseen mutta myös raskaampaan signaalinkäsittelyyn. Tuloksena modernin FPGA:n ja mikrokontrollerin yhdistelmällä todettiin päästävän muokattavaan vähävirtaiseen ratkaisuun siirtoliipaisuarkkitehtuurilla. FPGA:n tehonhallinta tukee nopeaan tahtiin tapahtuvia siirtymiä lepo- ja aktiivitilojen välillä mahdollistaen jopa ohjelmistoradioratkaisuja.

KW - FPGA

KW - korkean tason synteesi

KW - siirtoliipaisuarkkitehtuuri

KW - langaton sensoriverkko

KW - RTL

M3 - Master's thesis

PB - University of Oulu

CY - Oulu

ER -