Verteilte akustische Signalverarbeitung über funkbasierte Sensornetzwerke

• Antragsteller: Professor Dr. Holger Karl; Dr.-Ing. Jörg Schmalenströer
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 282835863

Im Projektantrag "Distributed Acoustic Signal Processing over Wireless Sensor Networks" beantragen wir die Verlängerung des entsprechenden Projektes der Forschergruppe. Wir betrachten nach wie vor das gleiche Grundszenario: Ein akustisches Sensornetz beinhaltet Knoten mit Mikrophonen (ggf. auch Lautsprechern) und kommuniziert mittels drahtloser Übertragungstechniken; das Sensornetz ist typischerweise über ein oder mehrere Gateways mit dem Internet verbunden. Ein solches Netz führt akustische Anwendungen aus (etwa Sprechertrennung). Ein naheliegender Ansatz wäre es, alle von den Sensorknoten gesammelten akustischen Daten zu dem Gateway zu transportieren und dort zu verarbeiten. Dies ist allerdings nicht unbedingt der bestmögliche Ansatz (limitierende Datenrate, ggf. große Latenz für größere Datenmengen); zudem wird der mögliche Vorteil verschenkt, die Daten bereits auf den Sensorknoten zu verarbeiten und damit die Datenmengen und die Latenz zu reduzieren. Wir betrachten daher Ansätze (inspiriert durch Trends wie Microservices und Network Function Virtualization), bei denen die akustische Signalverarbeitung in einzelne Blöcke aufgebrochen und auf die einzelnen Knoten verteilt werden kann.In diesem Folgeprojekt beabsichtigen wir, unsere Arbeiten sowohl zur verteilten akustischen Signalverarbeitung wie auch zur Entwicklung eines Frameworks zur automatisierten Verteilung solcher Blöcke in ein Netz weiterzuführen. Im Einzelnen betrachten wir Hardware-Aspekte (insbesondere mit full-duplex Audio-Fähigkeiten) und die Möglichkeiten, solche Hardware für die Synchronisation in zeitbasierten MAC-Protokollen oder zur Schätzung akustischen Umlaufzeiten (round trip times) zu benutzen. Dies erlaubt uns, die Szenariengeometrie zu schätzen und geeignet zu kalibrieren, sowohl in statischen wie dynamischen Umgebungen. Aufbauend auf Information über die akustische Nützlichkeit (utility) einzelner Knoten werden wir das Problem der Quellenauswahl (Signale welcher Mikrofone sollten einbezogen werden?) unter akustischen wie Netzaspekten bearbeiten. Eine Schlüsselfrage wird weiter sein, wie wir solche Netzaspekte in dynamischen Szenarien beherrschen können. Dynamik entsteht dabei insbesondere durch Bewegung von Geräten und der Umgebung; solche Bewegungen können unkontrolliert oder kontrolliert (etwas bei robotergestützten Sensorknoten) sein. Unsere Arbeiten werden in ein gemeinsames Testbed münden, das die wesentlichen Funktionen integriert und eine Experimentalumgebung zur praktischen Erprobung algorithmischer Ideen sein wird.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2457: Akustische Sensornetze