P10 - Latenz- und Energievergleich drahtloser Protokolle für haptische VR-Systeme

Event

23. ITG/GMA-Fachtagung Sensoren und Messsysteme 2026
2026-06-09 - 2026-06-10
Nürnberg

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Chapter

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Author(s)

A. Kohlhaupt, U. Steinmann - IFAT, Magdeburg

Pages

542 - 547

DOI

10.5162/sensoren2026/P10

ISBN

978-3-910600-11-9

Price

free

Abstract

Haptisches Feedback in Virtual-Reality-Systemen erfordert eine geringe Übertragungslatenz, um eine hohe Immersivität zu gewährleisten und Cybersickness zu vermeiden. Je geringer die Übertragungslatenz, desto größer ist die verfügbare Zeitreserve für die Ansteuerung haptischer Aktuatoren und den Einsatz komplexerer Feedbacksysteme. Die Übertragungslatenz bildet dabei einen entscheidenden Teil der Gesamtsystemlatenz, da die entsprechende Steuernachricht vollständig übertragen worden sein muss, bevor ein Aktuator ausgelöst werden kann. In der vorliegenden Arbeit werden die drahtlosen Kommunikationsprotokolle ESP-NOW, WLAN-UDP und Bluetooth Low Energy 5.3 hinsichtlich ihrer Round-Trip-Zeit sowie ihres Stromverbrauchs auf dem Mikrocontroller ESP₃₂-C₆ messtechnisch verglichen. Der ESP₃₂-C₆ wurde als Hardwareplattform gewählt, da er alle drei Protokolle nativ unterstützt und damit einen direkten Vergleich unter identischen Hardwarebedingungen ermöglicht. Je Protokoll wurden 10⁰⁰ Messungen mit einer Sendepause von 10⁰ ms durchgeführt. Der Stromverlauf wurde auf der Client-Seite mit dem Power Profiler Kit 2 von Nordic Semiconductor bei einer Versorgungsspannung von 3,3 V aufgezeichnet. ESP-NOW erzielte mit einer mittleren Round-Trip-Zeit von 2,626 ms und einer Standardabweichung von 0,607 ms die geringste und reproduzierbarste Latenz. WLAN-UDP erreichte einen ähnlichen Mittelwert von 3,941 ms, wies jedoch mit einer Standardabweichung von 2,443 ms und einem 95. Perzentil von 9,311 ms eine für Echtzeitsysteme problematische Streuung auf. Bluetooth Low Energy 5.3 zeigte mit 13,007 ms die höchste Latenz, überzeugte jedoch durch die geringste Streuung aller Protokolle sowie einen um rund 41 Prozent reduzierten mittleren Stromverbrauch von 50,430 mA gegenüber ESP-NOW mit 85,10⁰ mA und WLAN-UDP mit 84,145 mA. Alle drei Protokolle unterschreiten die für haptisches Feedback kritische Wahrnehmungsschwelle von 20 ms als OneWay-Latenz deutlich, womit die grundlegende Eignung aller Protokolle für den betrachteten Anwendungsfall bestätigt wird.