Was ist ein Sensornetzwerk?

Bevor ich beginne ein eigenes Sensornetzwerk aufzubauen, werde ich zunächst die Grundlagen erklären. Unter anderem was überhaupt ein Sensornetzwerk ist und welchen Vorteil es gegenüber einzelner Sensoren hat.

Wie der Name schon sagt, ist ein Sensornetzwerk ein Netzwerk aus Sensoren. Sensoren in einem Sensornetzwerk nennt man Knoten bzw. Nodes. Anders als bei einem normalen Netzwerk baut ein Sensornetzwerk ausschließlich auf eine funkbasierte Übertragung zwischen den Knoten auf. Die englische Bezeichnung eines Sensornetzwerkes spiegelt diese Besonderheit besser wieder - wireless sensor network (WSN). Das Netzwerk kann dabei auf eine Basisstation setzen oder sich als Ad-Hoc-Netzwerk selbst verwalten. Der Aufbau als Ad-Hoc-Netzwerk ist bei Sensornetzwerken jedoch vorzuziehen. Mehr dazu später. 

Ursprünglich wurden Sensornetzwerke vom Militär entwickelt um Pipelines oder Ländergrenzen zu überwachen. Durch den wachsenden Bereich "Smart Home" und "Internet of Things" gelangen die Sensornetzwerke immer mehr in den Fokus der zivilen Bevölkerung. Sie werden zum Beispiel für den Fahrzeugbau eingesetzt oder zur Überwachung von Naturgebieten. Was aber für uns nun interessant ist, auch immer mehr im Zusammenhang mit smart Home oder IoT kommen Sensornetzwerke zum Einsatz. 

Es werden extra für das Internet of Things Betriebssysteme entwickelt, welche sich auf den Einsatz in Sensornetzwerken spezialisiert haben. Zum Beispiel Contiki OS, Tiny OS oder aber auch das Riot OS. Des Weiteren steigt die Anzahl und Verfügbarkeit an unterstützter Hardware. Dies ermöglicht nun auch den Hobbybastler zuhause sein eigenes Sensornetzwerk aufzubauen ohne viel Geld für Hardware oder Softwarelizenzen kaufen zu müssen.

Ein eigenes Betriebssystem bringt zudem eine Vielzahl an Vorteilen. Je nach Betriebssystem sind unteranderem Protokolle wie 6lowPAN oder RPL bereits implementiert und Treiber diverser Sensoren bereits vorhanden. Dies birgt jedoch auch einen Nachteil. Die Vorraussetzung an die Hardware sind etwas größer als bei einem normalen Sensor. Ein Sensorknoten ist nämlich im Grunde ein kleiner Computer mit einem Prozessor, Datenspeicher, Funkchip und dem eigentlichen Sensor. Aufgrund eines perfekt auf Sensornetzwerke spezialisiertes Betriebssystem, kann der Energieverbrauch so weit optimiert werden, dass eine Laufzeit von mehreren Jahren möglich ist. Und das alles zum Beispiel mit einer 3V-Knopfzelle. 

Ein weitere Vorteil eine Sensornetzwerkes ist die Einfachheit der Einrichtung und die Erweiterung des Netzwerkes. Hat man das Betriebssystem der Sensoren entsprechend konfiguriert werden neue Knoten automatisch in das vorhandene Netzwerk eingebunden und erfordern keine separate Konfiguration. 

Des Weiteren kann durch entsprechende Konfiguration und Aufbau die Ausfallsicherheit des Netzwerkes optimiert werden. Sollte zum Beispiel ein Knoten ausfallen, werden die anderen Knoten sich einfach neu "ordnen" und andere Wege zwischen den einzelnen Knoten finden. Mehr dazu in späteren Beiträgen.

  • breitgefächerte Einsatzmöglichkeiten dank großer Hardwareunterstützung
  • Sensoren in einem eigenen Netzwerk - eigenes WLAN-Netz wird entlastet
  • lange Batterielebensdauer dank optimiertes Betriebssystem
  • diverse Netzwerkprotokolle für z.B. automatisches Routing
  • einfache Einrichtung neuer Knoten
  • hohe Ausfallsicherheit
  • komplexere Hardware notwendig
  • mehr Aufwand bei der Ersteinrichtung
  • Programmierkenntnisse erforderlich
  • Grundlagen in Netzwerktechnik erforderlich

Zusammengefasst besteht ein Sensornetzwerk aus mehreren energieeffizienten Sensorknoten auf denen ein spezielle Betriebssystem läuft und welche durch diverse Netzwerkprotokolle ein eigenständiges Netzwerk bilden und untereinander Daten austauschen können. 

Ich hoffe ich konnte euch einen ersten Einblick in das Thema Sensornetzwerk geben und euer Interesse an weiteren Beiträgen zu diesem Thema wecken. In den nächsten Beiträgen werde ich tiefer auf die verwendeten Netzwerkprotokolle eingehen und euch somit die Funktionsweise eines Sensorntzwerkes zeigen. Des Weiteren werde ich auf die unterschiedlichen Betriebssysteme und deren Vor- und Nachteile eingehen. Nach der "Theorie" werde ich natürlich auch damit beginnen ein Sensornetzwerk mit Riot OS aufbauen.


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