Globales Ziel der Forschergruppe ist es, grundlegende Erkenntnisse beim Entwurf, Aufbau und adaptiven Betrieb ressourcenknapper, heterogener, intelligenter Netze aus statischen und beweglichen Sensoren zu gewinnen. Die interdisziplinär aufgestellte Forschergruppe aus Biologen, Informatikern und Elektrotechnikern zielt darauf ab, richtungsweisende Methoden und Verfahren zur Datengewinnung, zum Datenmanagement und zur Datenauswertung zu erarbeiten und zu demonstrieren. Die neu entwickelten Methoden und Verfahren sollen beispielhaft zur Verhaltensforschung bei Fledermäusen eingesetzt werden, einer in der Fauna-Flora-Habitatrichtlinie der Europäischen Union als besonders schützenswert eingestuften Tiergruppe. Konkret sollen Fledermäuse mit miniaturisierten, ultraleichten Funksendern ausgestattet werden, die auch über beschränkte Speicher- und Rechenkapazität zur Datenverarbeitung verfügen.
Ein Netz aus bodengestützten, statischen Sensoren dient zur Überwachung einer Vielzahl derart ausgestatteter Fledermäuse. Abbildung 1 verdeutlicht das Szenario aus der Perspektive der biologischen Anwendung. Bei Verhaltensstudien zu Fledermäusen reichen meist relativ grobe, d. h. wenige Meter genaue Schätzungen der geflogenen Trajektorien ohne Echtzeitanforderungen. Wie bei vielen Anwendungen rechnet sich daher der Energie- und Kosteneinsatz nicht, der mit einer hohen, d. h. submetergenauen Ortung bei gleichzeitiger Echtzeitfähigkeit verbunden ist. Nur gelegentlich ist orts- oder zeitabhängig eine präzisere Ortung von Interesse, um das Sozial- oder das Jagdverhalten genauer zu studieren. Primäre Entwurfsziele bei der Gestaltung des Sensornetzes sind daher Skalierbarkeit der räumlichen Netzausdehnung sowie minimales Gewicht, minimaler Energieverbrauch, minimales Volumen und fledermausgerechter Formfaktor der mobilen Sensornetzknoten. Skalierbarkeit in der Ortungsgenauigkeit im Wechselspiel mit der Lebens- bzw. Aufzeichnungsdauer der mobilen Sensornetzknoten ist ein sekundäres Optimierungsziel, das in der ersten Projektphase vorbereitet, aber erst in einer zweiten Projektphase genauer untersucht werden soll.
Der skizzierte Ansatz impliziert, dass massiv verteilt auftretende Speicher- und Rechenressourcen erkannt und geeignet genutzt werden müssen. Das Netz aus bodengestützten Rechenknoten unterschiedlicher Ausprägung, die sich in selbstorganisierender Weise vernetzen, soll es erlauben, zeitlich aufgeschlüsselt die Bewegungen der Fledermaus-Sensorknoten zu erfassen und zugeschnitten auf biologische Fragestellungen möglichst automatisch auszuwerten. Aufgrund der Ressourcenknappheit hinsichtlich Energie, Speicherkapazität und Rechenleistung und zur Unterstützung variabler, bedarfsangepasster Datenstromanfragen, werden Hardware und Software sowie die eingesetzten Protokolle möglichst energiegewahr und adaptiv ausgelegt. Um das Energiemanagement zu optimieren sollen auf den mobilen Sensorknoten eine Datenvorverarbeitung und zwischen Fledermäusen sowie zum bodengestützten Sensornetz hin ein, wenn auch stark eingeschränkter Datentransfer möglich sein.
Diese Zielsetzungen werfen ein ganzes Bündel an komplexen wissenschaftlichen Fragestellungen auf hinsichtlich der Topologie des Netzes einschließlich der Raumaufteilung durch gerichtete Antennen, hinsichtlich der Architektur des Gesamtsystems, hinsichtlich der Programmiermodelle zur Unterstützung der Anwender, hinsichtlich eines energiegewahren, ressourcensparenden Betriebssystems auf den mobilen Knoten, hinsichtlich der Handhabung von Datenstromanfragen an das Netz, hinsichtlich des Datenmanagements und der Kommunikation im Netz, hinsichtlich der eingesetzten Messmethoden zur Gewinnung von Ortsinformationen, hinsichtlich wirkungsvoller Datenfusionsverfahren zur Trajektorienschätzung und nicht zuletzt hinsichtlich der Miniaturisierung und Gestaltung der mobilen Funkknoten. Abgeleitet werden diese Modellierungs- und Entwurfsaufgabenstellungen aus den Anforderungen, die sich aus den wissenschaftlichen Fragestellungen der Biologen ergeben. Detailliert wird auf die einzelnen Fragestellungen im Rahmen der Teilprojektbeschreibungen eingegangen.
In acht aufeinander abgestimmten Teilprojekten werden energiesparsame Chips entwickelt, energieeffiziente mobile Sensorknoten aufgebaut, das bodengestützte Sensornetz zum Tracking entworfen, phasenkohärente Messmethoden zur genauigkeitssteigernden Lokalisierung eingesetzt, Kommunikation sowie Daten- und Netzwerkmanagement für "spontan" reprogrammierbare Sensornetzknoten bereitgestellt, Datenstromanfragen systemübergreifend optimiert, Software-Infrastrukturen für betriebsmittelbeschränkte Sensornetze erforscht und nicht zuletzt die Habitatnutzung von Fledermausgemeinschaften analysiert. Dem neunten Teilprojekt, der aspektorientierten Simulation des Gesamtsystems, kommt eine Schlüsselrolle zu, da alle Verarbeitungsebenen systemübergreifend optimiert und aufeinander abgestimmt werden sollen. Auf diese Weise wird ein leistungsfähiges Werkzeug für Verhaltensforschung entstehen, das aus Technologiebausteinen aufgebaut ist, die mit Blick auf andere Anwendungen leicht modifiziert und zu einem neuen Gesamtsystem integriert werden können.