Unterbrechungstolerante drahtlose SensornetzeDisruption Tolerant Networking in Wireless Sensor Networks

Einleitung

Body-Area-Networks (BANs) sind ein Beispiel für mobile drahtlose Sensornetze und können unter anderem dazu eingesetzt werden, kontinuierlich Vitalparameter aufzuzeichnen. Im Regelfall werden diese Daten an eine Basisstation gesendet und dort weiterverarbeitet oder gespeichert. Wenn sich das BAN von der Basisstation zu weit entfernt und die Funkverbindung abreißt, so müssen die Daten zwischengespeichert und später zugestellt werden.

Diese Funktionalität kann entweder durch entsprechend ausgelegte Applikationen gewährleistet werden, oder aber durch ein intelligentes Netzwerkprotokoll realisiert werden, welches dann von einer Vielzahl von Applikationen genutzt werden kann. Im letzteren Fall kann das Konzept der Delay/Disruption Tolerant Networks (DTNs) mit ihrem „Store, Carry and Forward“-Prinzip die Grundidee für ein solches Protokoll darstellen.

Aufgabenstellung

Im Rahmen dieser Bachelorarbeit ist die Grundfunktionalität eines unterbrechungstoleranten Netzwerkprotokolls für Sensorknoten auf Basis des Betriebssystems Contiki zu entwickeln und zu implementieren, bzw. zu erweitern. Ziel ist es, dass von den Sensorknoten eine Unterbrechung der Kommunikation erkannt und entsprechend behandelt wird, sodass folgende Funktionalität gegeben ist: Wenn zwei Knoten in Reichweite sind, sollen Daten übermittelt werden; wenn nicht, sollen die Daten solange gespeichert werden, bis die Konten sich die Möglichkeit zur Übermittlung gibt; bei erneuter Verbindung sollen dann zwischenzeitlich angefallene Daten übermittelt werden. Soweit dies mit den beschränkten Ressourcen der vorhandenen Sensorknoten möglich ist, sollte sich die implementierte Lösung am Bundle Protocol (RFC 5050) sowie an den Compressed Bundle Headern (draft-irtf-dtnrg-cbhe-09) orientieren.

In den nächsten Absätzen werden kurz einzelne Blöcke definiert, die für diese Arbeit notwendig sind; um die Möglichkeit für eigene Schwerpunkte zu lassen, wird aber bewusst offengelassen, wie intensiv die einzelnen Blöcke zu behandeln sind. Wichtigster Punkt dieser Arbeit ist ein solides Grundgerüst, auf das spätere Arbeiten aufsetzen können - die Bearbeitung soll daher so modular gehalten werden, dass einzelne Blöcke mit wenig Aufwand ausgebaut, ersetzt oder ergänzt werden können.

• Um wirkliche Unterbrechungstoleranz zu ermöglichen, ist zunächst ein Discovery-Mechanismus zu realisieren, welcher erkennt, ob es andere Teilnehmer im Netzwerk gibt, an die dann Daten gesendet werden können.
• Basierend auf einem ebenfalls vorzusehenden Routing-Interface soll der Sensorknoten dann die Entscheidung treffen, ob die zu übermittelnden Daten dann auch tatsächlich an den/die erkannten Nachbarn gesendet werden. Da ein Routing beliebig komplex werden kann, sind hierfür primär Schnittstellen zu definieren und zunächst nur ein einfaches Verfahren zu implementieren.
• Wenn Nachrichten nicht übermittelt werden können, weil entweder kein Kommunikationspartner vorhanden ist oder das Routing eine andere Entscheidung getroffen hat, müssen die Daten in einem entsprechenden Storage gespeichert werden. Das Interface zur Storage ist so auszulegen, dass auch andere Implementierungen verwendet werden können.
• Außerdem ist eine einheitliche Adressierung (z.B. mit Compressed Bundle Headers) vorzusehen, sowie Schnittstellen zur Anwendungsschicht zu definieren und zu implementieren.

Auf am Institut vorhandene Arbeiten soll dabei - soweit möglich und sinnvoll - zurückgegriffen werden.

Im Rahmen einer Evaluation ist zu zeigen, dass der gewählte Ansatz den Mindestanforderungen an eine unterbrechungstolerante Kommunikation entspricht. Außerdem sind die entwickelten Komponenten auf ihre Leistungsfähigkeit hin zu untersuchen und zu bewerten.

• Implementierung und Evaluierung eines Bundle-Protokolls für Sensorknoten
• Entwicklung eines universellen drahtlosen Sensorknotens