BATS fliegt wei­ter: Die DFG-For­scher­grup­pe BATS wur­de er­folg­reich ver­l?n­gert

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Die DFG-Forschergruppe Betriebs-Adaptive Tracking-Sensorsysteme (BATS) hatte sich als Ziel gesetzt, Technologien zur effizienten Vernetzung energiesparsamer, miniaturisierter, hochmobiler Sensoren wissenschaftlich voranzutreiben und mit diesen Technologien einen wissenschaftlich beachteten Meilenstein bei der Zielanwendung Fledermausverhaltensforschung zu setzen. Ein station?res Netz aus bodengestützten Sensoren empf?ngt Funksignale ressourcenarmer, aber intelligenter Transceiver auf Flederm?usen. Das heterogene Netz aus mobilen und bodengestützten Sensoren organisiert und managt sich selbst, die Auswertung der Daten geschieht in einem zentralen Knoten. Phase 1 hat die Machbarkeit des angestrebten energiesparsamen heterogenen Tracking-Systems belegt, das einen nur 2g schweren mobilen Sensorknoten als Kernkomponente besitzt. In Phase 2 soll dieses Tracking-System schrittweise zu einem Betriebs-Adaptiven Tracking-Sensorsystem ausgebaut werden.

Die Ziele des interdisziplin?ren Forscherverbunds k?nnen wie folgt zusammengefasst werden:

1. Sicht der Biologie: Mit BATS soll demonstriert werden, was ein heterogenes Sensornetz im Hinblick auf Studien zum Verhalten kleinerer Lebewesen leisten kann. Am Beispiel der artenreichen Gruppe der Flederm?use sollen soziale Netzwerke erfasst, das Jagdverhalten untersucht und die Habtitatnutzung ermittelt werden. Dadurch k?nnen einerseits grundlegende Fragestellungen zur Evolution sozialer Gruppen und zur ?kologischen Anpassung und Einnischung von Arten untersucht werden. Für die Gesellschaft ergeben sich unmittelbare Erkenntnisse über die ?kosystemleistungen durch Flederm?use z.B. in Form der biologischen Sch?dlingsbek?mpfung, der Best?ubung von Pflanzen durch nektarfressende Flederm?use und der Samenausbreitung durch fruchtfressende Flederm?use. Genauere Kenntnisse zum Flugverhalten von Flederm?usen sind wichtig für die Beurteilung von Eingriffen in die Landschaft wie dem Bau von Stra?en oder von Windkraftanlagen, die wegen Fledermausaktivit?t teilweise tempor?r abgeschaltet werden. Soziobiologische Untersuchungen an Flederm?usen, die als natürliche Reservoire für Zoonosen wie Ebola, SARS oder Tollwut bekannt sind, tragen zu einem besseren Verst?ndnis von Infektionswegen dieser Krankheiten bei.
    
2. Sicht der Elektrotechnik: Mit BATS soll ausgelotet werden, was bei einem 2g schweren mobilen Knoten unter Energiegesichtspunkten hinsichtlich Sensorik und Kommunikations- sowie Ortungsfunktionali?t erreichbar ist. Bei den Sensoren ist an Temperatur, Beschleunigung, Magnetfeld, Herzschlag und dergleichen gedacht. Hinzu kommt Energy Harvesting. Bei der Kommunikation ist an energiesparsamste Verfahren gedacht, wobei gro?e Distanzen von z.B. 5km zu überbrücken sind. Ein Weckrufempf?nger soll hierbei genutzt werden. Mit Hilfe des ICs soll auch die Leistungsf?higkeit der Multiton-Ortungssignale hinsichtlich Energieeinsatz, Genauigkeit und Robustheit demonstriert werden. Letztendlich soll BATS wegweisend für die Entwicklung weiterer Kommunikations- und Tracking-Sensorsysteme sein, die andere Anwendungen erschlie?en.
    
3. Sicht der Informatik: BATS soll am Beispiel der Flederm?use Impulse setzen, wie sich komplexe Verhaltensweisen aus diversen Datenstr?men extrahieren, beschreiben und darstellen lassen. Dem energieeffizienten Datenmanagement kommt dabei eine Schlüsselrolle zu. In Phase 2 geh?rt der Weckrufempf?nger dazu und die Ausnutzung von Diversity im Bodennetz. Die Erfassung des Energieverbrauchs im heterogenen Sensornetz und die Bereitstellung energieeffizienter Service-Routinen sind hierbei essentiell. Dass hierbei stromintensive Komponenten wie Sensorik, Empf?nger, Leistungsverst?rker im Sendepfad und Mikrokontroller ins Kalkül gezogen werden müssen, wird beispielgebend sein.

Für die Forscher des Lehrstuhls für Verteilte Eingebettete Systeme an der Universit?t Paderborn stehen folgende Aufgaben im Vordergrund: Nachdem grunds?tzlich die Funktionalit?t der Kommunikation im Bodennetz sowie zwischen den mobilen Knoten und dem Bodennetz in der ersten Projektphase konzeptionell modelliert und letztendlich in prototypischer Weise realisiert wurde, stehen in der zweiten Projektphase die folgenden Kernziele im Vordergrund:

1. Kommunikation zwischen den mobilen Knoten: Protokollentwurf für den Austausch von IDs bzw. kompletter Kontaktinformationen. Dazu ist das aktuelle Wake-Up-System zu erweitern bzw. teilweise komplett neu zu entwerfen, um einerseits Kontakte zwischen den mobilen Systemen von solchen zu Bodenstationen zu unterscheiden, andererseits aber auch, um weitestgehend ohne Aktivierung der kompletten Digitallogik einfach Begegnungen zu identifizieren. Herausforderungen bestehen insbesondere in der Wahl adaptiver Algorithmen für die Frequenz der Aufweckversuche im Flug.
    
2. Verbesserung der Zuverl?ssigkeit: Nach ersten Arbeiten zur Nutzung von Erasure Codes auf Paketebene, die nur teilweise die Erwartungen erfüllten, soll jetzt der Fokus auf Verbesserungen auf der physikalischen Schicht untersucht werden. Besonders vielversprechend sind hier M?glichkeiten der Kanalkodierung sowie durch Diversit?tsgewinn mehr Zuverl?ssigkeit zu erlangen. Der Forschungsfokus liegt hierbei darauf, Diversity Combining auf Symbolebene anzuwenden und im BATS-Kontext zu erforschen. Der Vorteil ist, dass zwischen den Bodenstationen nur sehr geringe Daten- mengen (die empfangenen Symbole) ausgetauscht werden müssen.
    
3. Skalierbarkeit und Bedienbarkeit: Für die Optimierung der Datenstromanfragen werden Laufzeitinformationen sowohl von den Bodenstationen als auch von den mobilen Knoten ben?tigt. Hierzu wird das VCP-Bodensystem erweitert. Für Softwareaktualisierungen ist das bisherige Protokoll für die Kommunikation zwischen Bodenstation und mobilem Knoten neu zu bewerten und für den Transport gr??erer Datenmengen (bis zu einigen Kilobyte) nutzbar zu machen. Insbesondere Fountain Codes stellen eine geeignete Basis für diese ?bertragungen dar.