Hardware & Sensor Lab

(Application Driven Sensor Networking: Security - Mobility - Health Care - Home Automation - Automotive - Localization)

Der Themenschwerpunkt drahtlose Sensornetze (Wireless Sensor Networks, WSN) ist eine der Kernaktivitäten des Competence Centers Resource Optimized Networks (RESCON) bei Fraunhofer FOKUS. Hierzu zählen nationale wie internationale Projekte in diesem Umfeld, wissenschaftliche Publikationen, die Betreuung von Diplom- und Doktorarbeiten im Bereich Sensornetze sowie der Betrieb eines Testbeds zur Erprobung und Evaluierung von sensorbasierten Funksystemen, deren Vernetzung und der zu diesen gehörenden Software- und Middleware-Konzepten.

Hintergrund
In künftigen Heim-, Office-, und Mobilumgebungen wird es eine Reihe von Geräten geben, die sich in so genannten „Smart Environments“ organisieren und vernetzen. Dabei kann es sich einerseits um bereits heute gebräuchliche Geräte wie PCs, Notebooks, Mobiltelefone o. ä. handeln, andererseits aber auch um eine Vielzahl von sehr kleinen, vernetzten Knoten, die mit Sensoren und Aktuatoren ausgestattet werden können. Diese Knoten zeichnen sich wiederum durch einen hohen Grad an Miniaturisierung und Energieeffizienz aus und sollen - im günstigsten Fall vom Benutzer unbemerkt - in bestehende Umgebungen eingebracht werden, um die Sicherheit, die Mobilität, den Komfort und die Lebensqualität zu steigern.

Die eleganteste und damit praktischste Lösung für eine Vernetzung solcher Geräte und Knoten ist der Einsatz von Funktechnologien. Bereits bekannte Technologien wie WLAN oder Bluetooth sind zwar heute in vielen Endgeräten integriert, kommen aber auf Grund ihres hohen Stromverbrauchs und ihrer Funkcharakteristik für stark miniaturisierte Knoten nicht in Frage. So wurde in den letzten Jahren verstärkt an neuen Funkstandards gearbeitet, um Übertragungstechnologien mit sehr geringem Energieverbrauch, schnellen Antwortzeiten und effizienter Ressourcenverteilung zu ermöglichen. Diese benutzen die Frequenzen 433MHz, 868MHz, 915MHz und 2,4GHz aus dem so genannten ISM-Band (Industrial, Scientific, Medical), welches freigegeben ist mit teilweise geringen Beschränkungen der Funkcharakteristik (speziell bei 868MHz).

Als wichtigster Standard für drahtlose Sensornetze ist IEEE 802.15.4 zu nennen, der die Übertragung auf der physikalischen Schicht (PHY) und auf der Zugriffsschicht (MAC) auf Basis von 868/915MHz und 2,4GHz regelt. Darauf aufbauend spezifiziert der ZigBee-Standard eine Netzwerkschicht und Anwendungsprofile für verschiedene Endanwendungen (z. B. Gebäudesteuerung, Medizin, Sensoren) sowie Sicherheitsmechanismen. Darüber hinaus gibt es eine Vielzahl weiterer Lösungen, die ebenfalls im ISM-Band angesiedelt sind (Z-Wave, WiBree, KNX-RF, Wavenis, Enocean etc.).

Aktivitäten des Sensor Networking Labs

• Evaluierung und Testen von ZigBee und IEEE 802.15.4 Komponenten

• Integration neuer Komponenten in die Infrastruktur des Sensor-Testbeds

• Verträglichkeitsprüfungen von WLAN, Bluetooth, ZigBee und anderen Technologien (Messungen von Interferenzen, Reichweiten, Signalstärken)

• Erprobung verschiedener Vernetzungstechniken und Topologien für Sensornetze

• Entwicklung von Netzwerkmanagement und Visualisierungstools für WSNs

• Entwicklung von Middleware-Lösungen und Applikationsschichten für WSNs

• Anbindung von Sensornetzen an andere Netze (LAN, Internet, 3G)

• Integration von Sensornetzen in moderne Paradigmen wie Web Services, UPnP, Residential Gateways, IPTV/IMS etc.

• Einbettung anderer Technologien wie z. B. RFID, NFC, Lokalisierungssysteme