Jahresbericht informatik 2009 - KIT – Fakultät für Informatik

Graduiertenkolleg 1194 „Selbstorganisierende Sensor-Aktor-Netzwerke”
einen nur eine geringe Rechenleistung und Speicherkapazität zur Verfügung steht.
Weiterhin stehen den einzelnen Sensor-Aktor-Knoten jeweils nur Teilinformationen des zu
untersuchenden Phänomens zur Verfügung, so dass zusammen mit den beschränkten
Kommunikationsmöglichkeiten eine dezentrale Informationsverarbeitung innerhalb des
Netzwerks erforderlich ist.
Damit unterscheiden sich Sensor-Aktor-Netzwerke im Hinblick auf die Kommunikation
sowohl von klassischen Netzwerken mit typischerweise hohen Bandbreiten und fester
Infrastruktur als auch von bisher bekannten mobilen Multi-Hop Ad-Hoc Netzwerken. Auch
in Bezug auf die Informationsverarbeitung ergeben sich starke Unterschiede zur klassischen
Vorgehensweise, die typischerweise von einer zentralen Verarbeitung, einer hohen
Messgenauigkeit und einer ausreichenden Rechenkapazität ausgeht. Aus diesen Gründen
ergibt sich der Bedarf nach neuartigen Architekturmodellen und Betriebsmethoden.
Auch wenn Sensor-Aktor-Netzwerke viel Aufmerksamkeit in der Forschung erzielt
haben, sind die verfügbaren Theorien und Methoden nur für eine geringe Anzahl von
Knoten praktikabel und lassen sich bisher nicht auf eine große Anzahl gleichberechtigter
Knoten skalieren. Die entstehende Komplexität kann nur durch die Selbstorganisation dieser
Netzwerke auf allen Ebenen beherrscht werden. Außerdem müssen zur Erhöhung der
Lebensdauer des Netzwerks eine verlustleistungsminimierte Architektur und ein energieeffizienter
Betrieb aller Knoten und deren Komponenten gewährleistet werden. Hierfür
müssen also geeignete Theorien und Methoden entwickelt werden, die insbesondere eine
enge Zusammenarbeit verschiedener Disziplinen der Informatik und der Elektrotechnik
erfordern. Meist wird jedoch an relativ isolierten Fragestellungen gearbeitet, deren
Teillösungen sich dann nicht ohne Probleme zu einem Ganzen zusammenfügen lassen.
Auch sind Sprache und Begriffsbildungen der Experten aus unterschiedlichen Gebieten
meist zu verschieden, um einen einfachen Austausch von Ideen und Vorgehensweisen zuzulassen.
Die Entwicklung von Sensor-Aktor-Netzwerken macht demnach neue bereichsübergreifende
Designprinzipien im Hardwareentwurf, der Kommunikation und der
Informationsverarbeitung notwendig. Hier setzen die Forschungsaktivitäten des
Graduiertenkollegs an. Zu diesem Zweck wird eine Bündelung unterschiedlicher Expertisen
in diesen drei Bereichen vorgenommen, was eine ausgezeichnete Basis für grundlegende
und übergreifende Beiträge zur Theorie und Methodik selbstorganisierender Sensor-Aktor-
Netzwerke darstellt. Im Vordergrund stehen dabei vor allem eine integrierte
Betrachtungsweise und die gemeinsame Entwicklung systematischer Vorgehens- und
Referenzmodelle für den Entwurf und die Konstruktion von selbstorganisierenden Sensor-
Aktor-Netzwerken. Besonderer Wert wird auf eine enge Verzahnung zwischen diesen drei
Bereichen gelegt, um Schnittstellen und Wechselwirkungen aufzeigen zu können. Aus den
komplexen Randbedingungen solcher Netzwerke (Unzuverlässigkeit, verteilte
Verarbeitung, begrenztes Energiebudget) und weiteren Anforderungen (Selbstorganisation,
Privatheit, Rekonfigurierbarkeit) ergeben sich wichtige Fragestellungen, die im Rahmen
des Graduiertenkollegs bearbeitet werden.
301
3