Ein verteiltes, sich selbst programmierendes Testbed für drahtlose Sensorknoten

Einleitung

Für drahtlose Sensornetze gibt es unzählige Anwendungsfälle in unterschiedlichsten Szenarien. Neben der Simulation sind Versuche in realer Umgebung das wichtigste Mittel zur Evaluation von Algorithmen und Programmen für drahtlose Sensornetze. Bei Simulationen, die in der Regel auf einem Rechner stattfinden, lassen sich einfach immer gleiche Anfangszustände herstellen; bei realen Versuchen ist das meistens nur begrenzt möglich.

Mit einem Testbed wird versucht, eine gewisse Wiederholbarkeit von Versuchen herzustellen, indem zumindest immer dieselbe lokale Verteilung der einzelnen Sensorknoten in einem (größtenteils) statischen Versuchsaufbau gewährleistet wird. Da sich ein solches Testbed für drahtlose Sensorknoten über ein größeres Areal erstrecken kann, ist die Programmierung der einzelnen Sensorknoten mit den zu testenden Funktionen und Algorithmen eine zentrale Herausforderung beim Entwurf eines solchen Testbeds.

Der am Institut für Betriebssysteme und Rechnerverbund entwickelte drahtlose Sensorknoten INGA soll für diese Arbeit eingesetzt und gegebenenfalls erweitert werden und so eine Testumgebung für den INGA-Sensorknoten geschaffen werden.

Aufgabenstellung

Im Rahmen dieser Projektarbeit ist zunächst der vorhandene Bootloader für das Laden und Kopieren von Firmware-Dateien anzupassen, bzw. zu erweitern, damit Firmware-Dateien von im Knoten vorhandenen Speichermedien gelesen werden können. Dazu ist es unter anderem notwendig, Bibliotheken für die Berechnung von Checksummen sowie für die Anbindung von externem Speicher (onBoard und SD-Karte) zu entwerfen und zu implementieren.

Generell soll ein Programmieren des Sensorknotens auch über die Funkschnittstelle ermöglicht werden („Over-the-air flashing“). Das Konzept hierfür sollte möglichst unabhängig vom verwendeten Kommunikationsprotokoll sein, bzw. sollte sich die Umsetzung möglichst einfach an unterschiedliche Kommunikationsprotokolle anpassen lassen. Konkret sollte die Implementierung mindestens für zwei unterschiedliche Protokolle (bspw. TCP|UDP/IP und µDTN) umgesetzt werden.

In Konzept und Umsetzung sollen auch mehrere unterschiedliche Firmware-Dateien gleichzeitig auf den Knoten vorhanden sein können und so die Möglichkeit für die Ablage eines „Notfall-Images“ geschaffen werden. Außerdem sollte das (quasi) gleichzeitige Flashen desselben Images auf mehrere oder alle Knoten eines Netzwerks möglich sein (Multicast), ohne zwangsläufig das Image für jeden Knoten einzeln zu übermitteln.

Des Weiteren soll durch diese Arbeit das Programmieren eines Sensorknotens direkt über einen weiteren Sensorknoten desselben Typs ermöglicht werden und so ein Testbed geschaffen werden, dass in der Lage ist, sich paarweise selbst zu programmieren.

In einer abschließenden Evaluation ist die Funktionalität und die Performance eines beispielhaft aufzusetzenden Testbeds zu zeigen. Dabei sollten auch die unterschiedlichen Ansätze und Kommunikationsprotokolle gegeneinander evaluiert werden.