Effiziente Kodierung von XML-Daten zur Übertragung über Funkinterfaces in Sensornetzwerken

Sensornetze bestehen aus Einzelsystemen, die über Sensoren, einen Prozessor und Speicher sowie ein Funkinterface verfügen und mit Hilfe von Batterien mit Energie versorgt werden. Das Sensornetzwerk soll als Gesamtheit der Einzelsysteme komplexere Problemstellungen wie z.B. die Analyse von Bewegungen von Feuerfronten bei Waldbränden bewältigen können, obwohl die Einzelsysteme nur einfache Aufgaben wie beispielsweise Temperaturmessungen durchführen können.

Im SWARMS-Projekt sollen Middlewarekonzepte zur Unterstützung der Programmierung von Sensornetzen untersucht werden. Der eingeschlagene Ansatz verwendet XML Datenrepräsentationen zur Darstellung der im Sensornetz verarbeiteten Daten. Ausgangspunkt der Datenmodellierung ist dabei ein XML-Schema, das speziell auf die zu repräsentierenden Daten abgestimmt ist und daher besonders effizient handhabbar ist.

In Sensornetzen ist Energie eine knappe Ressource. Neben Berechnungen ist das Übertragen von Daten über die Funkschnittstelle besonders energieaufwändig. Daher kommt der effizienten Kodierung der übertragenen Daten beziehungsweise deren Kompression eine wichtige Rolle zu.

In der Vergangenheit hat sich gezeigt, dass insbesondere Verfahren, die sich der Struktur der XML-Dokumente bewusst sind, besonders gute Kompressionsergebnisse liefern. Genau diese Struktur ist aus dem XML-Schema bekannt. Die Verfahren basieren darauf, die XML-Tags binär zu kodieren, und die Daten separat zu komprimieren. Nachteil dieser Verfahren ist, dass sie prinzipbedingt auf bestimmte XML-Dialekte beschränkt sind.

Im Rahmen dieser Arbeit soll ein Verfahren zur effizienten Kodierung von XML-Daten respektive deren Kompression erarbeitet werden. Dazu soll ein Generator entwickelt werden, der spezielle Kompressionstabellen für die im Schema vorkommenden Symbole ableiten kann, und so eine Erweiterung auf beliebige XML-Dokumente ermöglicht. Besonderes Augenmerk ist dabei nicht nur auf die Kompressionsrate auch bei kleinen XML-Dokumenten zu richten, sondern auch auf den Berechnungsaufwand, da die Zielsysteme meist über relative schwache Prozessoren verfügen, sowie auf den Speicherbedarf des Verfahrens.

Das erarbeitete Verfahren soll auf der am Institut verwendeten Hardwareplattform (siehe Abbildung) implementiert und darauf experimentell evaluiert werden. Die geleisteten Arbeiten sind abschließend in der Diplomarbeit umfassend zu dokumentieren.