Mess- und Prüftechnik 22.07.2005, 18:39 Uhr

Sensoren brauchen Intelligenz im Netz  

VDI nachrichten, Zürich, 22. 7. 05 – Im schweizerischen Rüschlikon arbeiten IBM-Forscher an Technologie und Services – den beiden Säulen des Unternehmens. Wer neue IT-Dienste entwickeln will, muss die zugrunde liegende Technologie verstehen. So forscht IBM an Sensorfunknetzen, um den Kunden heute zeigen zu können, was sie morgen von dieser Technik zu erwarten haben.

Demonstrator nennt Pierre R. Chevillat das, was er den Gästen in einem der Labors von IBM Research in Rüschlikon vorstellt: Bestückte Platinen, kleine Funksender und -empfänger, ein PDA, PCs, mehrere Monitore. Der unscheinbare Versuchsaufbau hat es jedoch in sich, macht der Manager für Sensor Networks bei IBM Research klar. „Wir haben hier eine ¿end-to-end enterprise solution¿ mit Sensoren, Netzwerkkomponenten und einer Software-Anwendung entwickelt.“ Ziel von IBM ist es, mit diesem Demonstrator Kunden zu gewinnen.

Der Demonstrator ist ein Mini-Sensornetzwerk, basierend auf ZigBee, einem erst letztes Jahr verabschiedeten Funkstandard für genau diese Technologie. Als Sensoren stehen Temperaturfühler, Beschleunigungsaufnehmer und Gyrometer zur Verfügung. Über ein ZigBee-kompatibles Funkinterface gehen die Daten weiter an ein Sensor- gateway, das die Messdaten über einen „Broker“, eine intelligente Vermittlungseinheit im Netz, an eine Anwendung weitergibt, wo sie verarbeitet werden. Im IBM-Labor erscheinen die Daten dann grafisch aufbereitet auf den PC-Monitoren – unspektakulär, aber voll arbeitsfähig.

„ZigBee dürfte sich aller Wahrscheinlichkeit nach als einer der Standards für Sensornetze durchsetzen. Bluetooth erfordert zum Beispiel einen größeren Energieverbrauch, was bei Sensoren, die lange Zeit zuverlässig ohne Support arbeiten müssen, von Nachteil ist“, ist Chevillat überzeugt. Einziger Wermutstropfen: Es gebe zurzeit noch wenig verfügbare ZigBee-Chipsätze auf dem Markt.

„Wir erforschen hier Algorithmen und Protokolle für Sensoren und Netzwerke, damit kommunikationsfähige Systeme für verschiedene Anwendungen entstehen können“, erklärt Chevillat. Besonderes Interesse hat IBM an RFID-Tags, Asset Management und Lagerverwaltung. Ein Beispiel ist die Überwachung von weitläufig verteilten Speichertanks, bei denen Größen wie Temperatur, Druck, Füllstand etc. gemessen werden müssen.

Es geht um mehr als um die Herstellung von Hardware, das wird beim Gespräch mit Pierre Chevillat schnell klar. „Sensornetze erfordern ein hohes Maß an Intelligenz, das Management ist sehr komplex“, erklärt der promovierte Elektronikingenieur. „Komplexe Informationstechnik aufbauen und managen, das ist nun einmal die Domäne von IBM. Damit wir das verstehen und diesen Markt mitgestalten können, müssen wir in die Forschung und Entwicklung dieser Netze einsteigen.“

Das Problem: Zurzeit ist noch manches unklar bei Sensorfunknetzen. Durch die Verbreitung von Sensoren nimmt der Datenverkehr von den Rändern eines Netzes, an denen die Sensoren sitzen, hin zum Netzwerkkern stark zu. „Das bedeutet eine Herausforderung für das Netz, da die Kapazitäten von Switches und Routern entsprechend ausgebaut werden müssen“, so der IBM-Forscher.

Nur – in der Praxis können klassische Netzwerkstrukturen das nicht leisten. Würde man an die heutigen Netze willkürlich Sensoren in großer Zahl anschließen, gäbe es schlicht einen Datenkollaps. Das Netz braucht Intelligenz, um die Datenmengen zu verarbeiten und zu puffern. Auch die Netzwerkserver, über die die Anwendungen laufen, bekämen Probleme.

„Weder sternförmige noch ringförmige Netzwerktopologien können die Anforderungen von Sensornetzen in der Praxis wirklich erfüllen“, erklärt Chevillat. „Das führt uns zu neuen Netzwerkstrukturen, so genannten ¿Clustered Mesh Networks¿. Außerdem braucht es – und das ist ein zentraler Punkt – eine geeignete Middleware, die durch die Verwendung eines Brokers für die erforderliche lose Kopplung zwischen Sensor- und Applikationsbereich sorgt.“

Die gesamte Informationsweitergabe in einem Sensorfunknetz, der Broker und die Middleware, ist denn auch das, worauf sich die IBM-Forscher konzentrieren. Dort liegen die Lösungen: „Die Sensordaten werden nicht direkt an die Anwendungssoftware übermittelt, sondern an einen oder mehrere Broker, welche die Daten zu den Anwendungen weiterleiten“, erklärt Chevillat. „Virtualisierung“ nennt man etwa in der Datenspeichertechnik ähnliche Konzepte: Eine bestimmte Aufgabe wird nicht von einem spezifischen Gerät, sondern von irgendeinem ausgeführt. Wesentlich ist die Verfügbarkeit – die Aufgabe wird erledigt und das Netzwerk nicht lokal überlastet.

Weitere Tücken sieht IBM-Forscher Chevillat darin, dass mit Sensorfunknetzen zwei völlig verschiedene Welten aufeinander prallen: Informations- und Messtechnik. „Eine der größten Herausforderungen sind die Schnittstellen zu den Sensoren. Während in der IT-Welt sehr viel standardisiert ist, ist dies in der Welt der Sensortechnik noch kaum der Fall“, stellt er fest.

Viel Arbeit der IBM-Forscher um Pierre Chevillat steckt dort, wo man es garantiert nicht sieht – in der Software. „Sensornetze brauchen energieeffiziente Software.“ Beispiele sind das Übertragungsprotokoll der Daten und die Algorithmen, mit denen die Daten im Netz gehandhabt werden. „Je weniger Overhead, desto besser“, betont er. Gleichzeitig muss das Ganze skalierbar sein und sich problemlos Änderungen der Netzstruktur anpassen können. Alles hoch komplexe Forschung, die man dem kleinen Demonstratornetzwerk im Untergeschoss des IBM-Labors nun gar nicht ansieht. swe

Von Stephan W. Eder
Von Stephan W. Eder

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