Entwicklung eines DTN-basierten Fahrgastinformationssystems auf der Basis von Fahrzeugknoten und Smartphones

Die Vernetzung von Fahrzeugen mittels mobiler Ad-hoc-Netze bietet die Möglichkeit, dass Fahrzeuge untereinander Informationen austauschen, um sich gegenseitig z.B. vor Unfällen, Staus oder anderen Gefahrensituationen zu warnen. Als Kommunikationsstandard für solche Netze hat sich derzeit IEEE 802.11 etabliert. Die Dynamik innerhalb dieser Fahrzeugnetze in Form von hohen Geschwindigkeiten und heterogenen Umgebungen (Stadt, Landstraße und Autobahn) stellen allerdings beträchtliche Anforderungen an die Kommunikationsprotokolle. Die Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation bietet zusätzlich Potential für vielfältige weitere Anwendungen. So können mittels dieser Technologie z.B. mobile verteilte Informationssysteme aufgebaut werden, in denen Linienbusse flächendeckende Messwerte erfassen. Die gemessenen Daten werden dann zwischen den Fahrzeugen ausgetauscht und somit im Netzwerk verteilt. Allerdings begegnen sich Busse oder andere Flottenfahrzeuge im Straßenverkehr immer nur kurzzeitig. Für die Kommunikation zwischen den Fahrzeugen bedeutet dies, dass die Protokolle mit den häufigen Verbindungsunterbrechungen und Topologieänderungen des Netzwerks umgehen können müssen (disruption tolerance). Weiterhin müssen die kurzen Zeitfenster, in denen sich Fahrzeuge begegnen, möglichst effizient zur Kommunikation genutzt werden. Doch nicht nur Fahrzeugknoten sind in einem solchen Szenario vorstellbar. Tragbare Knoten auf Basis von Smartphones für Passanten können sich an diesem Netz teilnehmen und relevante Informationen von den Fahrzeugknoten empfangen oder weitergeben.

Aufgabe

In dieser Diplomarbeit soll ein dynamisches Informationssystem für Fahrzeuge des ÖPNV entwickelt werden, über dass Fahrgäste mit ihrem DTN-fähigen Smartphone mit aktuellen Informationen aus dem Internet versorgt werden können. Dafür muss im ersten Schritt ein OpenMoko-fähiges Smartphone um die Fähigkeit des Datenaustauschs mittels DTN erweitert werden. Hierzu soll eine existierende DTN Implementierung für OpenWrt auf die OpenMoko-Plattform für Mobiltelefone portiert werden, wobei auf gegenseitige Interoperabilität zu achten ist. Anschließend sind geeignete Mechanismen für das Informationssystem zu erarbeiten, mit denen Informationen aus dem Internet angefragt und Webseiten an die Busse ausgeliefert werden können. Hier ist sowohl die Verteilung von Daten zwischen den Fahrzeugknoten, als auch die Einbindung der Smartphones in das System zu beachten. Dabei soll es die Möglichkeit geben, dass Busse einen lokalen Webcache mit aktuellen Informationen vorhalten, Fahrgäste aber auch weitere Informationen aus dem Internet anfordern können. Für die Umsetzung der Architektur kann auf existierende Ansätze zurückgegriffen werden.

Die Evaluation soll in einer Testumgebung erfolgen, welches sowohl aus realen DTN-Knoten und drahtlosen Verbindungen als auch virtuellen Knoten und emulierten Verbindungen besteht. Dazu müssen mehrere OpenWRT/OpenMoko Instanzen z.B. mit der Open Source Virtualisierungslösung QEMU [1] in Betrieb genommen werden. Die Netzwerkkonfiguration der virtuellen Knoten ist so zu gestalten, dass sich die Eigenschaften der Verbindungen mit NIST Net [2] emulieren lassen. Weiterhin muss sichergestellt werden, dass sich auch reale Hardware in dieses System einbinden lässt. Dynamischen Eigenschaften der emulierten Kommunikationsverbindungen sind aus Bewegungsmustern zu extrahieren, die mit dem Verkehrssimulator SUMO [3] erzeugt werden. Innerhalb dieser Testumgebung sollen die entwickelten Mechanismen evaluiert und mögliches Optimierungspotential ausgelotet werden. Dabei soll ein besonderer Wert auf die Zustelldauer der Informationen und die mögliche Kapazität des Netzes gelegt werden. Außerdem ist zu untersuchen, welchen Einfluss die Bundle- und Cachegröße auf die Kommunikationsperformance haben.

Links

[1] QEMU
[2] NIST Net
[3] SUMO