Sicherheit Sensornetze
Sensoren, organisiert euch selbst!
Intelligente Sensoren sollen künftig miteinander kommunizieren und rechtzeitig vor drohenden Gefahren wie Feuer oder Lawinen warnen.
Im Jahr 2020 gehören verheerende Buschfeuer in Australien der Vergangenheit an. In besonders gefährdeten Gebieten haben Flugzeuge Tausende von Miniatursensoren ausgestreut. Einige davon verfügen über ein winziges GPS-Modul (Global Positioning System); sie kennen also ihre genaue Position, sowohl absolut als auch relativ zu den anderen. Über kleine Antennen kommunizieren die Winzlinge miteinander. Integrierte Wärmefühler messen Temperaturänderungen, die dann von Sensor zu Sensor und schließlich über eine Datenleitung bis in die Leitzentrale nach Sydney gemeldet werden. Bei einem plötzlichen massiven Wärmeanstieg oder dem kompletten Ausfall mehrerer Sensoren wird Feueralarm ausgelöst (Bild unten). Ähnliche Sensoren melden Lawinengefahr in den Bergen, drohende Überschwemmungen im Flachland oder sie dienen als Frühwarnsystem für giftige Stoffe, etwa in einer Chemiefabrik.
So könnte ein Netz von Funksensoren Brände erkennen
Was wie Zukunftsmusik klingt, ist schon in Reichweite. Prototypen für die Komponenten solcher selbstorganisierenden Sensornetze sind bereits verfügbar. "Was noch fehlt, ist der Beweis, dass das Zusammenspiel funktioniert", sagt Michael Bahr, Informations- und Kommunikationsexperte bei Siemens Corporate Technology (CT) in München. Erste Projekte gab es allerdings schon. So haben die Universität von Kalifornien in Berkeley und das Intel Berkeley Research Lab im Jahr 2001 ein Netz aus 800 Funksensoren getestet, das die Lichtintensität auf einer Bühne ermittelte. Die Sensoren in solchen Netzen sind autark und werden von sich aus aktiv. Ihre Energie beziehen sie aus kleinen Akkus oder Solarzellen. Besonders wichtig ist das Routen der Nachrichten. Dabei verschickt ein Sensor über seine winzige Antenne eine Nachricht und wartet, ob sich ein anderer Sensor auf das Signal meldet. Diesen merkt er sich als Kommunikationspartner. Da die Reichweite nur wenige Meter beträgt, müssen die Daten von Nachbar zu Nachbar bis zur zentralen Datenfusionsstelle durchgereicht werden. Eine Vielzahl von Sensortypen ist denkbar: einfache Temperatur-, Feuchtigkeits- oder Drucksensoren ebenso wie Gassensoren sowie winzige Video-, Infrarot- oder 3D-Kameras.
"Um die Messdaten auszuwerten, müssen die Sensorwerte in einer Zentrale fusioniert werden", betont Dr. Wendelin Feiten, Experte für Intelligente Systeme bei Siemens CT, "denn jeder Sensor sieht nur einen kleinen Ausschnitt aus seiner Umgebung". Diese Information gibt er an seinen Nachbarn weiter, der wiederum seine Messdaten hinzufügt. Wenn mehr Sensoren als notwendig vorhanden sind, sind Informationen oft redundant und möglicherweise leicht unterschiedlich. Durch statistische Verfahren wird dann aus diesen Daten ein Gesamtbild gewonnen und die Glaubwürdigkeit beurteilt.
Größere, miteinander verdrahtete Sensoren werden bereits heute in der Produktions- oder Gebäudeüberwachung sowie bei der Absicherung von Datennetzen eingesetzt. Für die selbstorganisierenden Funk-Sensornetze der Zukunft müssen aber Bauteile wie etwa die Funkmodule, "sehr viel kleiner und preiswerter werden und mit einem Minimum an Strom auskommen", sagt Feitens Kollege Dr. Gerd Völksen. "Soll ein Sensor für 5 zu haben sein, so müssen die einzelnen Komponenten wie Batterie, Antenne, Positionserkennung, Chipsätze und der eigentliche Sensor weit unter einem Euro pro Stück kosten." Dass die Entwicklung der Sensorik genau in diese Richtung geht, ist offensichtlich, doch das Zukunftsszenario, das Michael Crichton im Roman "Prey" (Beute) zeichnet, wird noch lange Utopie bleiben: Fliegende Kameras aus Nanoelementen, die sich selbst organisieren, per Funk kommunizieren und sogar eine evolutionäre Entwicklung durchmachen.
Sylvia Trage