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Wireless Sensor Networks
Drahtlose Sensornetze
Last Updated: 2026-02-05 15:19:56
Abstract
Sensor networks are collections of countless miniature "sensor nodes" that allow measuring real-world phenomenons, and communicating those measurements to other nodes or to the outside of the network. The lecture teaches core concepts (hardware, operating systems, communication), basic services (time synchronization, localization, sensor calibration), and advanced topics (deployment, security).
Content
Unter dem Begriff "Drahtlose Sensornetze" versteht man die Ansammlung hunderter oder tausender "Sensorknoten", welche die weiträumige Beobachtung von Phänomenen der realen Welt erlauben, ohne dabei die physischen Prozesse wesentlich zu beeinflussen. Ein Sensorknoten ist dabei ein mit Sensoren, Prozessoren und drahtlosen Kommunikationseinheiten ausgestatteter Miniaturcomputer, der per Batterie gespeist über längere Zeiträume Sensordaten erfassen, verarbeiten und zu anderen Knoten bzw. zu einer Basisstation übertragen kann. Aufgrund der anvisierten geringen Grösse auch als "Smart Dust" bezeichnet, sollen Sensorknoten in nicht all zu ferner Zukunft in den verschiedensten Szenarien einfach und in grossen Stückzahlen ausgebracht werden, um Gefahren frühzeitig zu erkennen, Umweltveränderungen detailliert zu überwachen und Menschen effektiv zu schützen. Diese Bandbreite an möglichen Einsatzgebieten, vor allem auch im Hinblick auf die Ausbringung der Sensorknoten in der realen Welt (zu Wasser, zu Lande und in der Luft; in- und ausserhalb von Gebäuden), sowie die durch die geringe Grösse resultierenden knappen Energie- und Hardware-Ressourcen ergeben eine Vielzahl von Herausforderungen an Hard- und Software. In der Vorlesung "Drahtlose Sensornetze" werden die grundlegenden Aspekte und einige weiterführende Themen dieser Sensornetze vorgestellt. Ausgehend von typischen Anwendungen werden Basisanforderungen abgeleitet und deren Auswirkungen auf den Entwurf von Hardware, Betriebssystemen, und Kommunikationsprotokollen beschrieben. Es werden grundlegende Dienste wie Zeitsynchronisation, Lokalisierung und Sensorkalibrierung betrachtet, welche die Grundlage für die Sammlung, Verarbeitung und Interpretation von Sensordaten bilden. Die Vorlesung behandelt ebenfalls die zur praktischen Nutzung nötige Programmierung und Ausbringung, indem sie zeigt, welche Probleme hier auftreten und welche Konzepte und Werkzeuge zu deren Lösung entwickelt wurden. Darüber hinaus werden weiterführende Aspekte wie Sicherheit und Datenschutz in solchen Sensornetzen betrachtet. Parallel zur Vorlesung wird als Übung ein Praktikum angeboten, in dem die Teilnehmer die in der Vorlesung gezeigten Konzepte im Rahmen verschiedener Problemstellungen auf einer realen Sensorknotenplattform in die Praxis umsetzen. Die Bewertung erfolgt durch eine 15-minütige mündliche Prüfung in der Prüfungssession. Themen: (28h) - Anwendungen für Sensornetze und deren Eigenschaften (2h) - Hardware (2h) - Prozessoren - Sensoren - Kommunikation - Energie - Betriebssysteme (3h) - Medienzugriff - Routing - Topologie (Clustering) - Zeitsynchronisation (2h) - Lokalisierung (2h) - Sensorkalibrierung (2h) - Programmierparadigmen und -werkzeuge (2h) - Einsatz/Ausbringung (Deployment) (2h) - Sicherheit (2h) - Weiterführende Themen (Datenschutz, Verlässlichkeit, ...) (3h)
Resources
Literature
Protocols and Architecture for Wireless Sensor Networks: H. Karl and A. Willig, Wiley, Chichester, 2005, ISBN 0-470-09510-5. Wireless Sensor Networks: An Information Processing Approach: F. Zhao and L. Guibas, Morgan Kaufmann, San Francisco, ISBN 1-55860-914-8.
General Information
- Language
- German
- Levels
- BSC , DS , MSC
- Frequency
- Yearly recurring
Examination
- Type
- session examination
- Mode
- oral 15 minutes
Course Components
| Type | Title | Time & Place | Hours |
|---|---|---|---|
| lecture | Drahtlose Sensornetze |
|
2 h weekly |
| exercise | Drahtlose Sensornetze |
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1 h weekly |