SensorNetzwerke

SensorNetzwerke sind verteilte Systeme aus autonomen Sensoren, die Umweltdaten erfassen und über ein Kommunikationsnetz an Sammel- oder Backend-Systeme weiterleiten. Sie ermöglichen ortsunabhängige Messungen in realen Umgebungen, von natürlichen Ökosystemen bis zu städtischen Infrastrukturen.

Typische Architektur umfasst Sensor-Knoten, ggf. Aktoren, Router- oder Relay-Knoten, Sammel- oder Gateways sowie zentrale Verarbeitungseinheiten wie Edge- oder Cloud-Plattformen. Viele Knoten arbeiten energieautark oder mit begrenzter Versorgung und nutzen drahtlose Verbindungen, um die Infrastruktur flexibel zu halten.

Kommunikation erfolgt meist in Peer-to-Peer- oder Mesh-Topologien. Protokolle aus dem Bereich IEEE 802.15.4, Zigbee, Bluetooth Low Energy, LoRa oder NB-IoT kommen häufig zum Einsatz. Routing- und Data-Fusion-Mechanismen reduzieren den Energieverbrauch, verbessern die Langlebigkeit der Netze und ermöglichen effiziente Datentransfers.

Anwendungen reichen von Umwelt- und Landwirtschaftsmonitoring über industrielle Automatisierung bis hin zu Smart Cities, Gebäudemanagement und medizinischer Überwachung. Typische Messgrößen sind Temperatur, Feuchte, Luftqualität, Vibrationen und Lichtintensität; oft werden Daten auch vor Ort zusammengeführt und komprimiert.

Zentrale Herausforderungen sind begrenzte Energie, Rechenleistung und Speicherkapazität, sowie Zuverlässigkeit, Latenz und Skalierbarkeit. Sicherheitsaspekte beinhalten Schutz vor unautorisiertem Zugriff, Integrität der Daten und sichere Firmware-Updates. Designprinzipien umfassen Duty Cycling, Data Fusion und Security-by-design.

Standards und Evolution umfassen IEEE 802.15.4, 6LoWPAN, Zigbee, MQTT und CoAP sowie IP-basierte Ansätze für das Internet der Dinge. Zukünftige Entwicklungen fokussieren auf Edge-Computing, KI-gestützte Verarbeitung und eine nahtlose Integration in größere IoT-Ökosysteme.