Sensoren im Rudel

Zahlreich sind die Einsatzfelder, in denen eine intelligente Überwachung und direkte Meldung von Zuständen und Ereignissen durch Sensornetze wünschenswert wäre, dort wo heute oft Informationen zu spät eintreffen. Die Programmierung großer verteilter Messsysteme haben sich deshalb Forscher an den Universitäten Kiel und Lübeck zum Ziel gesetzt. Mit ihrem Projekt SWARMS gehen sie nun daran, funkvernetzte Sensornetze in bestehende Infrastrukturen einzubinden. Das Kürzel SWARMS, englisch für Schwärme, steht dabei für den Oberbegriff der "SoftWare Architecture for Radio-based Mobile Self-organizing Systems". Professor Norbert Luttenberger von der Universität Kiel erläutert die Grundüberlegung von SWARMS:

In einem Sensornetz gehen wir davon aus, dass es gleiche Knoten sind, die müssen in einem Netz kooperieren, es gibt aber keine ausgewiesenen Rollen. Das ist das globale Bild: Wir verlassen die industrielle Automatisierungstechnik mit ihrer strikten Hierarchie und Planung als auch die Client-Server-Systeme mit ihrem klar definierten Rollenspiel.

Die Daten, die jeder Sensor in der Umgebung aufnimmt, soll er auch direkt und ohne Anfrage zur Verfügung stellen. Beliebig viele Sensoren bilden dabei ein Netz, das sich selbst organisiert. Darin unterscheiden sich drahtlose Sensornetze deutlich von traditionellen Computernetzen. Die Daten wandern per Funk also von einem Knoten zum anderen, bis sie an einem bestimmten Punkt auf einen Rechner, etwa in einer Leitstelle, gelangen. Multi-Hop heißt das Verfahren. Dabei gilt es noch viele Probleme zu lösen. Denn Sensoren dieser Art müssen, einmal ausgebracht, funktionieren. Softwarefehler, so wie heute gang und gäbe, müssen durch Simulation also von vornherein verhindert werden. Ebenso müssen die batteriebetriebenen Sensoren dauerhaft mit Energie versorgt werden. In einem Deich oder in einem Mauerwerk mag das ersatzweise noch per Kabel gehen, in einem Waldgebiet nicht mehr. Denn hier würden die Sensoren einfach ausgesetzt, bis sie verrotten, oder im Fall des Falles verbrennen, wenn ein Waldbrand entsteht. Professor Stefan Fischer von der Universität Lübeck:

Was wir jetzt vor allem machen, ist eine neue Sensorplattform zu entwickeln, die kleiner und billiger ist als die, die es bisher gibt. Denn die Sensorknoten, die man heute kaufen kann, sind immer noch relativ teuer, rund 150 Euro pro Stück, und das ist nichts, was man wegwirft, das muss also noch deutlich günstiger werden und wir versuchen gerade die Erkenntnisse, die wir aus dem Projekt hier gewonnen haben, gemeinsam mit dem Wirtschaftsministerium in Schleswig-Holstein, das uns fördert, in eine neue Sensor-Netze-Plattform umzusetzen.

Auch der Prozessor und der Speicher der Sensoren werden weiter optimiert. Alles läuft darauf hinaus, eben ganze Netze statt einzelner Rechner zu programmieren und so die gewünschte Intelligenz eines Schwarms zu erreichen, der im entscheidenden Moment richtig reagiert:

Die Daten müssen also selbstbeschreibend sein, ich habe eine Menge von Temperaturwerten, die auf den Knoten dieses Netzes verteilt sind, und dann müsste diese Information weitergeleitet werden. Was wir nicht wollen ist, jetzt zu sagen: Da brennt es, wir müssen in eine Tabelle schauen, welche Adresse hat der Knoten, dann die Raumkoordinate in eine Rechneradresse umsetzen und dann einen Weg genau zu diesem Knoten finden. Andere machen das so. Da wollen wir uns unterscheiden. Wir wollen das komplett datenzentriert machen, indem alle Knoten möglichst viele Informationen haben und ich an diese Informationen gelangen kann...

... so Professor Norbert Luttenberger, denn in Kiel und Lübeck geht man davon aus, dass die datenzentrierte Kommunikation die adressgesteuerte Kommunikation ablösen wird. Auch Autofahrer könnten von den messenden Schwärmen im Prinzip profitieren, wie Stefan Fischer erklärt:

Autos können heute unzählige Sensordaten erfassen. Diese Daten kann man natürlich auch verwenden. Und die Idee ist, dass man zum Beispiel eine verteilte Stauerkennung macht. Das funktioniert ja heute bekanntermaßen nicht besonders gut. Das liegt an der zentralen Informationsverarbeitung, die man heute verwendet, und auch an der relativ dünnen Abdeckung durch Sensoren, die an Brücken befestigt sind und eine Verkehrszählung machen, das funktioniert nur eingeschränkt. Wenn man das aber massiv verteilen könnte, indem nämlich jedes Auto so einen Sensor hätte, dann könnte man das schneller und effizienter machen, dann können die Autos sich auch gegenseitig informieren.

Ein entsprechendes Forschungsprojekt der DFG gibt es bereits. Für die Anwendungsreife der Sensorenschwärme werden die Forscher in Kiel und Lübeck aber noch einige Jahre benötigen.