Vernetzte Funkwelten Zigbee: Wenn Sensoren den Alarm verschlafen

Moderne Funksensoren müssen viel schlafen und blitzschnell aufwachen, ohne aus dem Takt zu geraten

Body-Sensor-Networks werden in Zukunft mit winzigen Funksensoren den Blutdruck, das EKG und die Muskelaktivität eines Patienten laufend kontrollieren können. Damit die Batterien dieser Funksensoren möglichst lange halten, legen diese sich viel schlafen und wachen zum Signalaustausch nur kurz auf. Um im gleichen Rhythmus wie ihre Funkzentrale aufzuwachen, brauchen die Sensoren eine innere Uhr. Doch diese ist heute die Schwachstelle im System: Nur teure Quarzuhren laufen präzise, brauchen aber viel Strom. Billigere Varianten geraten leicht aus dem Takt und liegen bei einer Million Millisekunden schnell mal um 20 daneben. Sie wachen manchmal zu spät auf, so dass das Netzwerk aus dem Takt gerät. Informatiker der Universität des Saarlandes haben jetzt unter Leitung von Prof. Holger Hermanns Modelle entwickelt, mit denen sich das Risiko, dass Funksensoren verschlafen, berechnen läßt. Die Wissenschaftler können damit auch vorhersagen, wie lange die Batterien der Funksensoren ihre Aufgabe erfüllen. Ziel ist es, zu verhindern, dass Funksensoren kritische Alarmsituationen – wie etwa einen Herzinfarkt – verschlafen.

Funksensoren sind künftig nicht nur bei Body-Sensoring in der Medizin und im Sport wichtige Hilfsmittel, sondern auch bei der Wettermessung oder der Frühwarnung von Waldbränden und Tsunamis sowie bei Chemieunfällen. Miniatursensoren können als „Intelligenter Staub“ (Smart Dust) aus Flugzeugen ausgestreut werden, um beispielsweise nach verendeten Vögel Ausschau zu halten. Funksensoren werden aber auch im täglichen Leben Einzug halten. Sie werden bereits heute in der Steuerung industrieller Prozesse und in einigen Haushaltsgeräten, Autos und anderen so genannten eingebetteten Systemen (Embedded Systems) verwendet, in denen winzige Rechner Geräten und Maschinen steuern. Die billigen, nur mit Batterien betriebenen Sensoren kommunizieren per Funk mit ihrer Zentrale und nehmen dabei nur eingeschränkte Aufgaben wahr.

In der Medizin und bei industriellen Anwendungen, bei denen es auf die Sicherheit von Mensch und Maschine ankommt, müssen die kleinen Sensoren äußerst zuverlässig arbeiten. Dass dies nicht der Fall ist, zeigen die Untersuchungen der Saarbrücker Informatiker. Sie sehen in den leichten Zeitschwankungen der Sensoren die Ursache für Fehler und für erhöhten Stromverbrauch. Wenn ein Sensor verschläft, gerät das gesamte System aus dem Takt. Dies muß dann aufwendig korrigiert werden, was viel Energie und Zeit kostet. Im schlimmsten Fall kann es dazu führen, dass ein Herzinfarkt-Alarm bei einem Risiko-Patienten nicht ausgelöst wird.

Namhafte Elektronikhersteller wie Philips, Motorola und Cisco haben sich in der ZigBee-Alliance zusammengeschlossen, um für die Sensor-Netzwerke einen stabilen und offenen Standard zu definieren. Dieser Standard wurde erstmals im Dezember 2005 vorgestellt. Ein Hauptaugenmerk ist dabei, dass Sensoren mit Batterien oder Akkus über mehrere Jahre ohne Batterietausch betrieben werden können. Die von den Saarbrücker Informatikern entdeckten Zeitschwankungen sind im neuen Standard bisher noch nicht als Problem behandelt worden.

Im Rahmen des „future talk forum“ der CeBIT (Halle 9, Stand A 40) hält Prof. Dr. Holger Hermanns am Donnerstag, 9. März um 16 Uhr 20 einen Vortrag zum Thema „Vernetzte Funkwelten Zigbee: Wachet auf, ruft uns die Uhr. Moderne Funksensoren müssen viel schlafen und blitzschnell aufwachen, ohne aus dem Takt zu geraten „. Weitere Informationen gibt es am Stand der Universität des Saarlandes (Halle 9, Stand B 43) und unter: http://depend.cs.uni-sb.de

Während der CeBIT wenden Sie sich für Terminabsprachen bitte an: Tel. 0511/89 49 71 80 oder Fax 0511/89 69 71 84

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Prof. Holger Hermanns
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Friederike Meyer zu Tittingdorf
Kompetenzzentrum Informatik an der Universität des Saarlandes
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