Durch den Fortschritt bei der Miniaturisierung elektronischer Komponenten in den letzen Jahren wurde die Integration von drei grundlegenden Funktionen in kleine batteriebetriebene Geräte ermöglicht: Datenerfassung, -verarbeitung und drahtlose Kommunikation. Dies ließ eine neue Familie von Computern entstehen, die, wenn sie in großer Anzahl miteinander verbunden werden, als Low-Power-, drahtlose Sensor- und Aktor-Netze (engl. WSAN, wireless sensor and actuator network) bezeichnet werden. Diese Netze sind die Schlüsseltechnologie des "Internet der Dinge", ein Markt, der bis 2020 geschätz etwa 14 Milliarden Geräte umfassen wird [69]. Nachdem die ersten Herausforderungen dieser Technologie überwunden worden sind, wie zum Beispiel die Identifizierung von geeigneten Medium-Access-Control- Protokollen, Techniken zur Knotenlokalisierung, und die Spezifikation von ersten Netzwerkstandards, ist das Spektrum der möglichen Anwendungen stark gewachsen.

Es besteht allgemeiner Konsens darüber, dass die verfügbaren Programmiersprachen, die auf Ebene einzelner Knoten abzielen, keine ausreichenden Abstraktionen zur Implementierung von Benutzeranwendungen bieten. Der vorherrschende Ansatz setzt umfassende Kenntnisse in der hardwarenahen Programmierung bspw. mit C (oder eine Variante davon) voraus. Dies macht es für Domänen-Experten sehr schwierig, diese Technik ohne die Hilfe von Sensornetz-Spezialisten anzuwenden. Die aktuelle Forschung hat bereits eine Reihe von Middleware-Ansätze vorgeschlagen, um den Entwicklungsaufwand zu reduzieren. Diese Ansätze fokussieren sich jedoch hauptsächlich auf die Datenextraktion mittels Makroprogrammiersprachen und nicht auf die Ausführung der Anwendungslogik im Netz (engl. in-network actuation).

In dieser Arbeit werden Workflows als Mechanismus vorgeschlagen, um den Ablauf der Aktivitäten im Netz zu definieren. Mit dieser Abstraktion kann der Zyklus der Ereignis-Erfassung, der Entscheidung und der Ausführung kombiniert werden. Dies führt zu einem verringerten Bedarf an langsamen und fehleranfälligen menschlichen Eingriffen in den Prozess. Auf diese Weise kann die Ausführung des gesamten Zyklus in das Netz verlagert werden. Der Hauptbeitrag dieser Arbeit besteht aus zwei Aspekten. Zum einen wurde eine ganzheitliche Workflow-Modellierungs- und Laufzeitplattform für WSANs konzipiert. Zum anderen wurde ukuFlow entworfen und umgesetzt, eine Workflow-Plattform für Low-Power-Knoten, die vollständig im Netz läuft und keine externe Server-Infrastruktur erfordert. Darüber hinaus werden die laufende Aktivitäten an der Entwicklung von TUDμNet vorgestellt, ein auf ein Stadtgebiet angelegter Zusammenschluß von Testumgebungen für Sensornetze. Mit TUDμNet wurde die empirische Auswertung von ukuFlow und einigen anderen Forschungsprojekten durchgeführt.

Um die Komposition von Workflows zu ermöglichen, wurde eine Menge von Operatoren identifiziert. Dazu wurde auch eine leichtgewichtige Architektur vorgeschlagen, die den Kontrollfluss von Workflows mit einem für ein Sensornetz ausgelegten Ausführungsalgorithmus steuert. Es wird eine detaillierte Auswertung der verschiedenen Leistungsindikatoren für jede Hauptkomponente der Architektur präsentiert. Diese beinhalten die Module des Datenmanagers, der Befehlsausführung und der komplexen Ereigniserkennung.

Trotz der Ressourceneinschränkungen, der harten Netzwerkbedingungen und der zusätzlichen Herausforderungen von der Ausführung im Netz, stellen die vorgelegten Ergebnisse die Umsetzbarkeit des Ansatzes dar und zeigen, dass die Abstraktion für WSAN-Anwender eine hohe praktische Relevanz hat.