(SILAS) für die minimal invasive Chirurgie - Universität zu Lübeck

ergänzt wurden. Interessant sind zum Beispiel Angaben
zum Ort oder zur Zeit der Messung. Wie aber
soll ein Sensorknoten wissen, wo er sich befindet?
Diese und andere Fragestellungen beschäftigen Wissenschaftler
seit Jahren. Das Institut für Telematik der Universität
Lübeck hat in mehreren Forschungsprojekten,
die alle aus Drittmitteln finanziert werden, unterschiedlichste
Problemstellungen in Sensornetzwerken untersucht.
Dabei wird in den aktuell laufenden Projekten
eine große Bandbreite zwischen Grundlagenforschung
und praktischer Umsetzung abgedeckt. Im Folgenden
werden die vier wichtigsten aktuellen Projekte kurz
vorgestellt.
SwarmNet. In diesem DFG-geförderten Projekt geht es
vor allem um Algorithmen in sehr großen Sensornetzen,
bestehend aus möglicherweise mehreren tausend Knoten.
Typischerweise sind diese Knoten sehr klein und
erbringen nur die nötigsten Funktionen zum Erfassen
und Weiterleiten von Umweltdaten. Insbesondere besitzen
sie keine Hardware zur Lokalisierung (z.B. GPS).
In solchen Netzen ist es jedoch z.B. zur Optimierung
des Energieverbrauchs notwendig zu wissen, welche
Knoten sich in welchen Bereichen des Netzes aufhalten
und damit bestimmte Funktionen wie etwa die Weiterleitung
der Sensordaten von anderen Knoten übernehmen
können. In SwarmNet werden deshalb lokal arbeitende
Algorithmen und Protokolle entwickelt, mit denen
sich die Topologie eines Netzes bestimmen lässt, ohne
auf GPS-Daten angewiesen zu sein [1,2,3]. Lokalität
ist wichtig, da nicht zu viel kommuniziert werden darf
– Kommunikation kostet sehr viel mehr Energie als lokale
Berechnungen. Abbildung 2 zeigt den Prozess der
Bestimmung der Grenzen eines solchen Netzes. Ist der
Algorithmus abgeschlossen, kennt jeder Knoten seine
Rolle im Netzwerk; außerdem kann lokal entschieden
werden, wer eine Rolle übernehmen kann, wenn etwa
ein Knoten ausfällt.
Abb. 2: Schrittweiser Topologieaufbau bei SwarmNet
Die Arbeiten basieren auf einem speziellen Sensornetz-
Simulator, der am Institut entwickelt wurde [4]. Durch
seinen hohen Abstraktionsgrad erlaubt dieser Simulator
die Verarbeitung sehr großer Netze. Weitere Informationen
finden sich unter www.swarmnet.de.
SWARMS. Schon deutlich mehr in die praktische Richtung
geht dieses ebenfalls von der DFG geförderte Projekt.
Es befasst sich vor allem mit der Programmierung
von Anwendungen in Sensornetzen. Im Vordergrund
steht dabei die Problematik, möglicherweise viele tausende
von Knoten mit der entsprechenden Betriebs- und
Anwendungssoftware auszustatten und diese vielen
Knoten dann während des Netzbetriebs zu koordinieren.
Der Ansatz in diesem Projekt besteht darin, eine
solche Menge an Knoten als einen „Schwarm“ aufzufassen.
Dies hat sofort Auswirkungen auf die Programmierung:
es wird nicht mehr das Verhalten von Einzelknoten
programmiert, sondern das des Schwarms.
Das Herunterbrechen auf die Einzelknoten übernimmt
dann die so genannte Swarms Middleware [5], so dass
der Anwendungsprogrammierer sich wirklich rein auf
die Probleme der Anwendung konzentrieren kann und
sich nicht mit Mobilität und Komplexität der einzelnen
Knoten befassen muss. Ein durchgängiger Softwareentwicklungsprozess
bringt schließlich automatisiert die
Softwarekomponenten auf die Einzelsysteme.
Für die Koordination der Knoten und z.B. auch die Fusion
der anfallenden Sensordaten ist ein einheitliches
Zeitverständnis der Knoten von großer Bedeutung
– aber gar nicht so leicht herzustellen, da die Uhren in
den Sensorknoten meist eher ungenau gehen und damit
schnell auseinander laufen. In SWARMS werden deshalb
verschiedene Algorithmen zur Uhrensynchronisation
untersucht und weiterentwickelt [6].
Ein ebenfalls wichtiges Problem ist die Visualisierung
von Sensordaten. Dies kann wegen der geringen Ressourcen
eines Knotens nicht vor Ort geschehen – Sensorknoten
besitzen keine Bildschirme. Entsprechend
müssen Werkzeuge entwickelt werden, mit denen der
Zustand eines Sensornetzes visualisiert werden kann.
In SWARMS passiert dies auf der Basis von SpyGlass,
dessen Arbeitsweise Abbildung 3 zeigt.
Abb. 3: Visualisierung von Sensordaten mit SpyGlass
MarathonNet. Dieses von der Klaus-Tschira-Stiftung
in Heidelberg geförderte Projekt will die Grundlagenarbeiten
von SwarmNet und SWARMS für praktische
Anwendungen nutzen. In diesem speziellen Fall geht
es um die Unterstützung von Sportereignissen, genauer
88 FOCUS MUL 24, Heft 2 (2007)