Definition Was ist ein Mobile Sensor Network (MSN)?

Ein Mobile Sensor Network oder ein Mobile Wireless Sensor Network ist ein Netzwerk aus mobilen Sensoren, die drahtlos miteinander verbunden sind und über diese Verbindungen ihre erfassten Daten ausliefern. Die Sensoren werden von Batterien oder Akkus mit elektrischer Energie versorgt und befinden sich beispielsweise in Fahrzeugen oder an mobilen Objekten oder Personen. Zur Vernetzung kommen Konzepte des Mobile Ad hoc Networks (MANet) zum Einsatz.

Im Gegensatz zu einem Netzwerk aus stationären Sensoren sind die Sensoren in einem Mobile Sensor Network (MSN) oder Mobile Wireless Sensor Network (MWSN) beweglich. Sie sind über drahtlose Funktechniken miteinander vernetzt und liefern über diese Verbindungen die erfassten Daten an den vorgesehenen Empfänger aus.

Aufgrund der Beweglichkeit der Sensoren sind die Topologien variabel und unterschiedlich. Es sind flexible Routingprotokolle zur Vermittlung der Datenflüsse notwendig. Für die Vernetzung der Sensoren und für das Routing der Daten kommen häufig Konzepte des Mobile Ad hoc Networks (MANet) zum Einsatz. Diese Netze konfigurieren sich selbständig und bieten hinsichtlich Topologie und Routing eine hohe Flexibilität. Die mobilen Sensoren werden von Batterien oder Akkus mit Energie versorgt und sind mit Funktionen wie GPS (Global Positioning System) zur Bestimmung ihres genauen Orts ausgestattet.

Erfasste Daten der Sensoren sind beispielsweise Temperaturen, Geschwindigkeiten, Helligkeiten, Luftdruck, Luftfeuchtigkeit, Luftqualität und vieles mehr. Die Erfassung der Daten erfolgt entweder kontinuierlich zeitbezogen oder eventgesteuert beim Eintritt definierter Ereignisse. Zur drahtlosen Vernetzung kommen beispielsweise WiFi-Verbindungen, zellbasierte drahtlose Netzwerke, Mobilfunknetze oder die Satellitenkommunikation zum Einsatz.

Je nach Typ bewegen sich die Sensoren autonom oder zusammen mit Fahrzeugen, Personen oder Tieren. Konkrete Anwendungen der Mobile Sensor Networks und Mobile Wireless Sensor Networks sind im militärischen Bereich, in der Smart City, in der Verkehrskontrolle und Verkehrssteuerung, in der Logistik, in der Industrie 4.0, in der Umweltüberwachung und in vielen weiteren Bereich zu finden.

Herausforderungen bei der Realisierung eines Mobile Wireless Sensor Networks

Zur Realisierung eines Mobile Wireless Sensor Network sind verschiedene Herausforderungen zu bewältigen. Aufgrund der Mobilität der Sensoren sind sie per Akku und Batterien oder mit Solarzellen mit Energie zu versorgen. Handelt es sich um Sensoren, die beispielsweise in Fahrzeugen montiert sind, ist die Energieversorgung über die Systeme des Fahrzeugs möglich. Die Sensoren müssen energieeffizient arbeiten und eine gewisse Intelligenz zur flexiblen Vernetzung besitzen. Oft arbeiten sie sowohl als Datenquellen als auch als Zwischenstationen, die Daten anderer Sensoren weiterleiten. Die komplette Funktechnologie ist ebenfalls in den Sensoren unterzubringen. Zur Ortsbestimmung sind Systeme wie GPS notwendig.

Hinsichtlich der Topologie und des Routings ist eine hohe Flexibilität gefragt. Je nach Art des Sensornetzwerks und Bewegungsstatus der einzelnen Sensoren kann die Topologie sternförmig oder untereinander beliebig vermascht mit Multi-Hop-Strukturen sein. Zudem verändern sich die Topologien schnell. Das Routing benötigt entsprechende Intelligenz zur Vermittlung und Weiterleitung der Daten.

Mobile Sensor Networks und das MANet (Mobile Ad hoc Network)

Um die im vorigen Kapitel beschriebenen Herausforderungen hinsichtlich Vernetzung, Topologie und Routing zu meistern, bedienen sich Mobile Sensor Networks häufig der Konzepte des MANets. Das Kürzel MANet steht für Mobile Ad hoc Network. Es handelt sich um ein sich selbständig aufbauendes und konfigurierendes Mesh-Netz, das für die Vernetzung stationärer oder mobiler Geräte wie Sensoren, Aktoren, Smartphones, Notebooks und vieles mehr nutzbar ist.

Die Daten werden bei Bedarf direkt oder über mehrere Stationen hinweg zum Ziel weitergeleitet. Ein MANet kommt ohne zentrale Netzwerkmanagementinstanz aus und setzt spezielle Routingverfahren ein, die mit den sich bewegenden Stationen und wechselnden Topologien zurechtkommen. Zur Standardisierung des MANets und seiner Protokolle gründete die Internet Engineering Task Force (IETF) die MANet Working Group

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