TU BRAUNSCHWEIG
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Informatikzentrum

OPTraCom - Opportunistic Public Transport Communication


Motivation

Eine flächendeckende Erfassung verschiedener Sensordaten im städtischen Bereich ist in vielerlei Hinsicht von großem Nutzen. Beispielsweise lassen sich so Schadstoffe in der Luft feingranular messen, um die Bevölkerung umfassender zu informieren und das Verkehrsmanagement zu optimieren. Öffentliche Verkehrsmittel fahren regelmäßig und annähernd im gesamten Stadtgebiet, wodurch sie sich sehr gut für diesen Zweck eignen. Gleichzeitig können so auch Betriebsdaten von technischen Anlagen entlang des Streckenverlaufs erfasst werden. Die dafür benötigte leistungsfähige Vernetzung zur zeitnahen Auswertung der gesammelten Daten lässt sich allerdings mit den derzeitigen Betriebs- und Mobilfunklösungen nicht zu vertretbaren Kosten realisieren. In diesem Kooperationsprojekt zwischen der Firma BBR Verkehrstechnik und dem Institut für Betriebssysteme und Rechnerverbund der TU Braunschweig soll ein neuartiges, unterbrechungstolerantes Kommunikationssystem auf Basis von WLAN entwickelt werden. Fahrzeuge speichern dabei die Daten zwischen, tauschen sie untereinander aus und transportieren sie so sukzessive zum Empfänger. Eine flächendeckende Infrastruktur wird somit unnötig. Die zentralen Aspekte sind hierbei effiziente Strategien zur Wegewahl und zur Verteilung von Nachrichten innerhalb des Netzes, um eine zeitnahe Zustellung der Daten sicherzustellen. In der praktischen Erprobung soll die Leistungsfähigkeit des Systems bewertet und das Potential für weitere Anwendungen untersucht werden.

Forschungsschwerpunkte

Die Forschungsfragestellungen mit denen wir uns im Rahmen von Optracom beschäftigen, umfassen folgende Gebiete:

  • Durchführung von Feldtests zur Analyse der Leistungsfähigkeit von DTN unter realen Bedingungen

    Feldtests sollen zeigen, wie sich ein reales DTN Netz im praktischen Einsatz verhält. Die Ergebnisse finden direkt Verwendung in den anderen Aktivitäten.

  • Wegewahlmechanismen für DTNs

    Wie finden Nachrichten in DTNs zu ihrem Ziel, wenn man nicht weiß, wann das nächste Mal eine Verbindung zu einem anderen Netzteilnehmer besteht und auch nicht sagen kann wer das sein wird oder wohin er fahren wird? Wir erforschen neue Strategien für eine effiziente Wegewahl in opportunistischen Netzen.

  • Informationsverteilung in ÖPNV Netzen auf der Basis von DTNs

    Im Rahmen von OPTraCom suchen wir nach neuen Strategien für die Verteilung und Aggregation von Informationen in Busnetzen auf der Basis von DTNs. Dabei betrachten wir sowohl das Szenario des Einsammelns von Messwerten, die an einen zentralen Server geschickt werden sollen, als auch den Fall das Daten von einem oder mehreren zentralen Punkten an alle oder bestimmte Busse ausgeliefert werden. Im Vordergrund stehen dabei immer ein möglichst geringer Bedarf an festinstallierter Infrastruktur und eine hohe Skalierbarkeit.

Praktische Anwendungen

Im Zentrum des Forschungsprojekts steht der Verzicht auf die kostenintensive Installation einer flächendeckenden Infrastruktur. Stattdessen erfolgt eine dynamische, direkte Funkvernetzung der Fahrzeuge des Öffentlichen Nahverkehrs untereinander. In diesem Fahrzeugnetz werden die Daten Schritt für Schritt von Fahrzeug zu Fahrzeug übertragen. Eine hohe Resistenz gegen Störungen und Verbindungsabbrüche wird dabei durch ein Netzwerkprotokoll, das Delay Tolerant Networking, erreicht. Es stellt sicher, dass die Daten trotz der sich ständig ändernden Verbindungen zwischen den Fahrzeugen ihren Weg zum Empfänger finden. Kleine, kostengünstige Geräte auf den Fahrzeugen speichern dabei die Daten zwischen, tauschen sie untereinander aus und transportieren sie so sukzessive zum Empfänger. Die Anbindung des Fahrzeugnetzes an die Verkehrsbetriebe oder das Internet erfolgt ebenfalls mittels WLAN. Zusätzlich können Fahrgastinformationssysteme entlang des Streckenverlaufs eingebunden werden, die sich dann zentral überwachen und steuern lassen.

Eine weitere Anwendung ist die Erfassung und Übertragung verschiedener Sensorwerte von den Fahrzeugen an ein Verkehrsmanagementsystem. Zum Beispiel wird auf den Fahrzeugen kontinuierlich und flächendeckend die Schadstoffbelastung der Luft gemessen, so dass der Verkehr umweltverträglicher gestaltet werden kann. So kann die Einhaltung von Grenzwerten kontinuierlich überprüft werden. Eine zeitnahe Reaktion auf die Überschreitung von Grenzwerten wird so möglich und erlaubt die effiziente Umsetzung von Luftreinhalteplänen. Ebenso lassen sich technische Anlagen vernetzen. Dabei werden Historiendaten und Ereignisprotokolle, zum Beispiel von Weichensteuerungen ohne permanente Kommunikationsverbindung, "im Vorbeifahren" ausgelesen und unterbrechungstolerant an den Betreiber übertragen. Die zentrale Verwaltung und zeitnahe Auswertung der Betriebsdaten wird einen besseren Überblick über den aktuellen Betriebszustand der einzelnen Anlagen im Vergleich zum momentanen Zustand bieten. Dadurch wird eine schnellere Störungserkennung, Störungsbeseitigung bzw. gezielte Wartung ermöglicht. Gegenwärtig wird dazu eine Softwarekomponente zur Anbindung der Anlage an das Kommunikationssystem entwickelt.


Veröffentlichungen

Weitere Veröffentlichungen auf Basis von Projektergebnissen sind in Vorbereitung. Als Basis verweisen wir hier auch auf einige Publikationen in denen wir die Grundlagen für das Projekt Optracom erarbeitet haben.

Pressemitteilungen, Links und Downloads

Projektmitglieder

NameEMailTelefonRaum
Prof. Dr.-Ing. Lars Wolfwolf[[at]]ibr.cs.tu-bs.de+49 531 3913288138
Dr. Michael Doeringmdoering[[at]]ibr.cs.tu-bs.de
Dr. Johannes Morgenrothmorgenroth[[at]]ibr.cs.tu-bs.de
BBR Verkehrstechnik

Studentische Arbeiten

TitelArtBetreuerStatus
Entwurf und Implementierung eines Werkzeugs zur Erzeugung von AbdeckungskartenBachelorarbeitDr. Michael Doeringabgeschlossen
Entwurf und Implementierung eines DTN-basierten Systems zum Update von FahrgastinformationsanzeigernBachelorarbeitDr. Michael Doering, Dr. Sven Lahdeabgeschlossen
Entwurf und Implementierung eines intelligenten (De-)Fragmentierungsverfahrens für replizierende DTN-RoutingprotokolleStudienarbeitDr. Michael Doeringabgeschlossen
Analyse der Sicherheitsanforderung und Security-Hardening eines Kommunikationssystems für FahrzeugnetzeStudienarbeitDr. Michael Doeringabgeschlossen
Konzeption und Durchführung von Penetrationstests für Embedded-Systeme in FahrzeugnetzenDiplomarbeitDr. Michael Doeringabgeschlossen
Entwurf und Analyse eines DTN-Routingverfahrens für ÖPNV-NetzeDiplomarbeitDr. Michael Doering, Dr. Sven Lahdeabgeschlossen
Entwurf und Implementierung eines Verwaltungsprogramms für Zug-ErkennungssystemeProjektarbeitDr. Michael Doeringabgeschlossen
Design and Implementation of Utility Functions for Routing in Vehicular Disruption Tolerant NetworksBachelorarbeitDr. Michael Doeringabgeschlossen
Design und Implementierung eines Weckmoduls zur Steigerung der Energieeffizienz solarbetriebener WLAN-AccesspointsStudienarbeitDr. Michael Doeringabgeschlossen
Entwicklung einer Anwendungsschnittstelle zur Anbindung moderner Programmiersprachen an die IBR-DTN ImplementierungBachelorarbeitDr. Johannes Morgenrothabgeschlossen
Entwicklung einer Erweitungsschnittstelle zur Anbindung externer Module an die IBR-DTN ImplementierungBachelorarbeitDr. Johannes Morgenrothabgeschlossen
Sicherheitsaspekte in unterbrechungstoleranten Netzen basierend auf dem Bundle ProtocolBachelorarbeitDr. Johannes Morgenroth, Dr. Sebastian Schildtabgeschlossen
Entwurf und Implementierung von Sicherheitsmechanismen für IBR-DTNBachelorarbeitDr. Johannes Morgenrothabgeschlossen
Entwicklung eines persistenten Speichers für IBR-DTNBachelorarbeitDr. Johannes Morgenrothabgeschlossen
Design and Implementation of Dynamic Routing Updates for Vehicular Disruption Tolerant Networks MasterarbeitDr. Michael Doeringabgeschlossen

HiWi Stellen

TitelArtBetreuerStatus
Mehrere Hiwi-Stellen im Bereich Delay Tolerant NetworkingHiWi JobDr. Michael Doeringabgeschlossen
Implementierung eines perfekten DTN-RoutersHiWi JobDr. Michael Doeringabgeschlossen

Förderung

Dieses Projekt wird unter dem Titel "Übertragung von Betriebs- und Umweltdaten durch ÖPNV-Fahrzeuge als Anwendung unterbrechungstoleranter Kommunikationstechnologien" durch die Europäische Union im Rahmen des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) gefördert.

Weitere Fragen

Weitere Fragen beantworten Dr. Michael Doering, Dr. Johannes Morgenroth oder Prof. Dr.-Ing. Lars Wolf gerne.


aktualisiert am 08.06.2011, 17:23 (dynamischer Inhalt) von Prof. Dr.-Ing. Lars Wolf
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