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Effiziente Bearbeitung komplexer Anfragen in Sensornetzen

Effiziente Bearbeitung komplexer Anfragen in Sensornetzen
Ansprechpartner:

M. Stern

Sensornetze stellen ein neuartiges Messinstrument dar, welches die Datenerfassung/ Überwachung großer Flächen bei hoher Auflösung ermöglicht. Aktuelle Anwendungsbereiche erstrecken sich von umwelttechnischen Messungen bis hin zur Anlagenüberwachung im industriellen Bereich. Die zur Anwendung kommenden Sensorknoten sind typischerweise kleine, batterie-betriebene Rechner mit beschränkten Ressourcen (CPU, RAM, usw.), die drahtlos miteinander kommunizieren.

Der Hintergrund des Einsatzes von Sensornetzen ist, aus den Messdaten (z.B. Luftfeuchtigkeit, Temperatur, usw.), Informationen über die beobachtete Umgebung/ das Objekt zu gewinnen. Grundlage ist die Beschaffung der relevanten Daten aus dem Netz, d.h. die Beschaffung aktueller Messdaten, fokussiert auf die den Nutzer interessierenden Aspekte. Aus Sicht der Datenverarbeitung entspricht dies einer Filterung und Verknüpfung der Daten.

Diese Datenverarbeitung, d.h. das Beschaffen der Daten und das Fokussieren auf relevante Aspekte, stellt sich allerdings für den Anwender als wesentliche Hürde heraus. Deklarative Anfragen können hier Abhilfe schaffen. Sie erleichtern dem Nutzer die Interaktion mit dem Sensornetz, da lediglich zu spezifizieren ist, was, d. h. welche Information, beschafft werden soll. Die Festlegung, wie diese Daten beschafft werden, ist Aufgabe der Anfragebearbeitung.

Die grundlegende Idee, die deklarative Anfragen an Sensornetze ermöglicht, ist die Betrachtung des Netzes als eine Relation im Datenbank-Sinn, deren Attribute den verschiedenen Sensoren entsprechen (z.B. Feuchtigkeit, Temperatur, usw.). Ziel der Anfragebearbeitung ist nun eine „möglichst gute“ Beantwortung von Anfragen. Da die Knoten in der Regel batterie-betrieben sind, steht die Minimierung des Energieaufwands als Optimierungsziel im Vordergrund. Essentiell ist hier die Minimierung der Kommunikationskosten, da Kommunikation um Größenordnungen die teuerste Operation eines Knotens ist.

Bisher wurde auf dem Gebiet der Anfragebearbeitung vor allem betrachtet, wie Anfragen nach gemessenen Werten einzelner Sensoren sowie Aggregaten darüber bearbeitet werden können. Offen ist dagegen die effiziente Bearbeitung komplexer Anfragen, wie Verbund- (Join-) Anfragen, sowie Anfragen, deren Ergebnisberechnung die Kombination der Daten des gesamten Netzes erfordert. Der Verbundoperator ermöglicht es beispielsweise, Daten verschiedener Knoten zueinander in Beziehung zu setzen (zu vergleichen) und ist somit häufig Bestandteil von Filterungen/ Vorverarbeitungen.

Für diese komplexen Anfragen ist aktuell die einzige Möglichkeit der Bearbeitung, sämtliche Messdaten des Netzes an der Basisstation zu konsolidieren und eine zentrale Berechnung durchzuführen. Dies ist mit Blick auf die Kommunikationskosten das teuerste Vorgehen, welches möglich ist. Ziel dieses Projekts ist die effiziente Bearbeitung solcher komplexer Anfragen.