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.
- Johannes Morgenroth and Lars Wolf: Sicherheit in DTN-basierten OPNV-Netzen, in Essener Workshop zur Netzsicherheit 2011, Universität Duisburg-Essen, Institut für Experimentelle Mathematik der Universität Duisburg-Essen, --00 2011 (EWNS2011, BibTeX, Folien)
- Tobias Pögel: ÖPNV-optimiertes Routing in unterbrechungstoleranten Netzen, in PIK - Praxis der Informationsverarbeitung und Kommunikation, Jg. 34, Germany, 2011 (PIK2011, BibTeX)
- Sebastian Schildt, Johannes Morgenroth, Wolf-Bastian Pöttner and Lars Wolf: IBR-DTN: A lightweight, modular and highly portable Bundle Protocol implementation, in Electronic Communications of the EASST, Jg. 37, Seite 1-11, Januar 2011 (IBR-DTN-WASA, BibTeX, Folien)
- Tobias Pögel: Optimized DTN-Routing for Urban Public Transport Systems, in 17th GI/ITG Conference on Communication in Distributed Systems (KiVS 2011) , OpenAccess Series in Informatics (OASIcs), Dagstuhl, Germany, Seite 227-232, Schloss Dagstuhl-Leibniz-Zentrum fuer Informatik, 2011 (RUTS-KiVS11, DOI, BibTeX)
- Michael Doering, Tobias Pögel and Lars Wolf: Delay Tolerant Communication in Intelligent Transportation Systems, in 8th International Workshop on Intelligent Transportation (WIT), Hamburg, Germany, März 2011 (WIT2011, BibTeX)
- Michael Doering, Wolf-Bastian Pöttner, Tobias Pögel and Lars Wolf: Impact of Radio Range on Contact Characteristics in Bus-based Delay Tolerant Networks, in Eighth International Conference on Wireless On-Demand Network Systems and Services (WONS 2011), Bardonecchia, Italy, Seite 195-202, --00 2011 (CONTACTS-WONS11, DOI, BibTeX)
- Lars C Wolf, Michael Doering and Tobias Pögel: Ausnutzung der Mobilität für das Routing in opportunistischen Kommunikationssystemen, in VDE Kongress 2010 - E-Mobility, Congress Center Leipzig, Januar 2010 (VDE10, BibTeX)
- Michael Doering, Tobias Pögel, Wolf-Bastian Pöttner and Lars C Wolf: A New Mobility Trace for Realistic Large-Scale Simulation of Bus-based DTNs, in ACM MobiCom 2010 Workshop on Challenged Networks (CHANTS 2010), Chicago, USA, --00 2010 (BUSTRACE10, DOI, BibTeX)
- Michael Doering, Tobias Pögel and Lars C Wolf: DTN Routing in Urban Public Transport Systems, in ACM MobiCom 2010 Workshop on Challenged Networks (CHANTS 2010), Chicago, USA, --00 2010 (RUTS10, DOI, BibTeX)
- Johannes Morgenroth, Sebastian Schildt and Lars C Wolf: HYDRA: Virtualized Distributed Testbed for DTN Simulations, in The Fifth ACM International Workshop on Wireless Network Testbeds, Experimental Evaluation and Characterization (WiNTECH 2010) in conjunction with ACM MobiCom 2010 (WiNTECH'10), Chicago, USA, --00 2010 (HYDRA, BibTeX)
- Michael Doering, Sven Lahde, Johannes Morgenroth and Lars Wolf: IBR-DTN: an efficient implementation for embedded systems, in Proceedings of the Third Workshop on Challenged Networks, CHANTS 2008, San Francisco, California, USA, September 15, 2008, Seite 117-120, September 2008 (DLMW08, BibTeX)
- Sven Lahde, Michael Doering, Wolf-Bastian Pöttner, Gerrit Lammert and Lars Wolf: A practical analysis of communication characteristics for mobile and distributed pollution measurements on the road, in Wireless Communications and Mobile Computing, Jg. 7, Nr. 10, Seite 1209-1218, John Wiley & Sons, Ltd., Dezember 2007 (LDP+07, DOI, BibTeX)
- Sven Lahde, Michael Doering, Wolf-Bastian Pöttner and Gerrit Lammert: Mobile and Distributed Measurement of Air Pollution in Metropolitan Areas Using Car2X Techniques, in Proceedings of 3nd Symposium on Informationssysteme für mobile Anwendungen (IMA), Braunschweig, Oktober 2006 (LDP+06, BibTeX)
Pressemitteilungen, Links und Downloads
- Presseinformation vom 15.02.2010
- Video des DTN-Demonstrators
- Pressebericht zum Delay Tolerant Networking
Projektmitglieder
Studentische Arbeiten
HiWi Stellen
| Titel | Art | Betreuer | Status |
|---|---|---|---|
| Mehrere Hiwi-Stellen im Bereich Delay Tolerant Networking | HiWi Job | Dr. Michael Doering | abgeschlossen |
| Implementierung eines perfekten DTN-Routers | HiWi Job | Dr. Michael Doering | abgeschlossen |
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.
