Friedrich-Dessauer-Stiftungspreis für Lukas Wehrstein

Das Modell aus der preisgekrönten Bachelorarbeit von Lukas Wehrstein hilft, den Batteriebetrieb in Sensor-Netzwerken zu optimieren. Sieben Fragen und Antworten.

Um was geht es in der Bachelorarbeit, die nun mit dem Friedrich-Dessauer-Preis ausgezeichnet wurde?

In der von Julian Zobel betreuten Bachelorarbeit am Fachgebiet Multimedia Kommunikation hat Lukas Wehrstein ein Modell entwickelt, mit dem man die Batterielaufzeiten in Sensor-Netzwerken simulieren kann. Typischerweise sind die Sensoren in einem solchen Netzwerk über mehrere Kilometer verteilt, kommunizieren drahtlos über Funk und verarbeiten Daten wie zum Beispiel zu Temperatur, Luftfeuchtigkeit oder Feinstaubbelastung.

Welchen Mehrwert bietet die Arbeit?

Lukas Wehrsteins Modell hilft, Sensor-Netzwerke und deren Batterielaufzeiten im Vorhinein besser planen und optimieren zu können. Der Ansatz ist hierbei ein modularer: Das virtuelle Abbild des Sensor-Netzwerks kann man sich im Baukastenprinzip je nach eigenem Anwendungsfall mit entsprechenden Batterien, Controllern und Sensoren zusammenstellen und die Simulation starten. Mehrere Monate realer Laufzeit können innerhalb weniger Sekunden simuliert und auf diese Weise Schwierigkeiten bereits im Vorfeld behoben werden. Zum Beispiel, indem man einem Sensor im Netzwerk die doppelte Batterieleistung zur Verfügung stellt.

Wie ist die Arbeit in der Praxis relevant?

Anwendung finden solche Netzwerke aus batteriebetriebenen Sensorboxen zum Beispiel in der Naturbeobachtung wie beim LOEWE-Schwerpunkt Natur 4.0, beim GPS-Tracking von Containern auf Schiffen, bei der Luftbeobachtung in Städten oder in der Industrie.

Wie ist Lukas Wehrstein vorgegangen?

In einem realen Szenario hält die Batterie einer Sensorbox mehrere Monate durch. Viele Sensoren haben lange Schlafzyklen und nehmen in der Praxis nur selten – beispielsweise einmal am Tag – einen Messwert auf. Dann gehen sie wieder in einen Tiefschlafmodus. Mehrere Monate Zeit hatte Lukas Wehrstein im Rahmen seiner Bachelorarbeit jedoch nicht. Also nahm er sehr viele Messdaten in kurzen Intervallen auf. Die Batterien waren dann bereits nach drei oder vier Tagen leer und Lukas Wehrstein konnte anhand der Testergebnisse sein Modell verbessern.

Was ist der Simonstrator?

Lukas Wehrsteins Simulation ist Teil des “Simonstrators”, einem am Fachgebiet Multimedia Kommunikation entwickelten Simulationsframeworks für verteilte Kommunikationssysteme.

Welche offenen Forschungsfragen können mit dem Modell beantwortet werden?

Das Modell aus Lukas Wehrsteins Bachelorarbeit hilft dabei, weitere offene Forschungsfragen zu beantworten. Zum Beispiel kann es simulieren, wie sich das Sensor-Netzwerk entwickelt, wenn einzelne Sensoren ausfallen, weil die Batterie leer ist. Es ermöglicht, Fragen zu beantworten wie: Welche Sensoren sind besonders wichtig für das Netzwerk? Welche Risiken gibt es, wenn Sensoren ausfallen? Wie wirken sich Sensoren mit unterschiedlichen Eigenschaften und Energieverbrauch sowie unterschiedlicher Software auf die Betriebszeit der Sensor-Knoten im Netzwerk aus? Anhand der Ergebnisse können komplexe, heterogene Wireless Sensor Networks (WSNs) sowie verschiedene Kommunikations- und Routingprotokolle auf deren Betriebszeit hin evaluiert werden.

Was ist der Friedrich-Dessauer-Stiftungspreis?

Die Auszeichnung wird vom VDE Rhein-Main (Verband der Elektrotechnik Elektronik und Informationstechnik e.V.) jährlich für hervorragende Leistungen auf technisch-wissenschaftlichem Gebiet an ausgewählten Hochschulen in Hessen verliehen. Die beste Bachelorarbeit ist mit 500 Euro dotiert, die beste Masterarbeit mit 1.000 Euro. Namensgeber ist der im Jahr 1881 geborene Physiker Friedrich Dessauer, ein Pionier auf dem Gebiet der Röntgentechnik und Strahlenmedizin, der unter anderem an der damaligen Technischen Hochschule zu Darmstadt studiert hat.

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