Sensornetzwerk

Die steigenden Integrationsdichten im Halbleiterbereich ermöglichen die Entwicklung extrem kleiner, kostengünstiger, intelligenter Module, die aus Sensoren, Aktoren, Prozessoren und Speicher bestehen. Sie können Berechnungen durchführen und unterschiedliche Umgebungswerte messen. Die Energiereserven dieser so genannten Sensorknoten und die Prozessorleistung sind im Allgemeinen durch ihre Größe stark begrenzt. Sehr rechenintensive Aufgaben sind deshalb nicht durchführbar. Tausende dieser Sensorknoten treten drahtlos miteinander in Verbindung und bilden dadurch pervasive Ad-hoc-Netzwerke, die eine Überwachung komplexer physikalischer Systeme gestatten. Ein drahtloses Sensornetzwerk (Wireless Sensor Network - WSN) wird über einem Gebiet von Interesse oder innerhalb eines Objektes platziert. Durch spezielle Routing-Algorithmen sind gewonnene Messdaten durch das WSN von Knoten A über D zur Senke zu leiten (s.Abb). Die Senke besitzt Schnittstellen zu weiteren Netzen (z.B. dem Internet), über welche die Daten zum aufgabenleitenden Knoten gelangen. Dort findet eine Auswertung der Daten statt. Falls die Sensorknoten zusätzlich mit Aktoren bestückt sind, kann eine Reaktion der Sensorknoten auf ein Ereignis vom Benutzer veranlasst werden.

Aufgrund der Größe eines Knotens von einigen Kubikmillimetern sind die Dimensionen für die Konstruktion von Übertragungseinheit und Batterie besonders kritisch. Die knappste Ressource innerhalb eines Netzwerkes ist folglich die zur Verfügung stehende Energie. Es ist demnach unerlässlich, neben stromsparenden Bauelementen auch energieeffiziente Algorithmen einzusetzen. Die Entwicklung eines Sensornetzwerkes bedarf hoher Sorgfalt und intensiver Analyse der Umgebung. Eine gründliche Umsetzung der folgenden Kriterien fördert nicht nur die Robustheit des Gesamtsystems, sondern gewährleistet eine optimale Einsatzfähigkeit:

• Sensornetzwerke sind skalierbar.
• Sensornetzwerke unterliegen hohen Hardwarerestriktionen.
• Sensornetzwerke sind selbstorganisierend.
• Kooperative Abarbeitung von Aufgaben im Sensornetzwerk führt zu präziseren Ergebnissen und neuen Anwendungsfeldern.
• Sensornetzwerke benötigen Sicherheitsmechanismen, die anpassungsfähig an die sich verändernde Umwelt sind.
• Die eingesetzten Algorithmen und Protokolle müssen energiesparend und speicheroptimiert sein.

Weiterhin zeichnen sich Sensornetzwerke durch ein zeitlich unvorhersagbares, dynamisches Verhalten aus. Das Plazieren von zusätzlichen Knoten in einem bestehenden WSN ist vorstellbar. Dies ist nötig, wenn die geforderte Funktionalität durch zu hohen Knotenausfall nicht mehr gewährleistet werden kann. Des Weiteren können zusätzliche Knoten eine Netzwerkregion verstärken, weil die Genauigkeit der Messergebnisse dort nachhaltig wichtiger ist. Die Anwendungsgebiete für WSN?s sind mannigfaltig und spiegeln die immer größer werdende Bedeutung dieser Netzwerke wieder. Sie finden beispielsweise Einsatz in Medizin, Umwelttechnik, Katastrophenschutz, Automatisierungstechnik und auch im Heimbereich. Sensornetzwerke übernehmen hauptsächlich Überwachungs- und Kontrollfunktion. Falls die Knoten zusätzlich mit Aktoren ausgestattet sind, können zusätzlich Steuerungsaufgaben erledigt werden. Allerdings steht die dafür benötigte Hardware entgegen der erforderlichen geringen Größe der Knoten. Hinsichtlich der Entwicklung der Sensorknotenhardware etablieren sich erste autarke Systeme, wie zum Beispiel Berkeley Motes Rab99, Smart-Dust Pot00.