IBR-DTN in IEEE 802.15.4-based wireless networks

Einleitung

Delay Tolerant Networks (DTNs) können in Netzwerken mit nur sporadischer Konnektivität eingesetzt werden, um Daten von A nach B zu übertragen. Dabei werden die Daten vom Absender in sog. Bündel aufgeteilt und dann anschließend Hop-by-Hop durch das Netzwerk übertragen. Besteht aktuell keine Verbindung zum nächsten Hop, so können Daten im Netz gespeichert und später weitergeleitet werden.

Je nach Einsatzszenario besteht in Sensornetzwerken nur selten eine Verbindung zu umliegenden Knoten. In der Regel werden jedoch periodisch Daten aufgenommen und sollen schlussendlich an einem zentralen Punkt abgeliefert werden. Zum transparenten Transport dieser Daten durch das Netzwerk können DTNs eingesetzt werden.

Crossbow stellt mit dem iMote 2 eine geeignete Plattform zur prototypischen Erprobung von DTNs bereit. Neben einem Chipcon CC2420 verfügt der iMote 2 über eine ARM CPU, die zur Ausführung von Linux leistungsfähig genug ist.

Aufgabenstellung

Ziel dieser Arbeit ist es, ein iMote 2 als Gateway zwischen IP basierten DTNs und IEEE 802.15.4 basierten DTNs einsetzen zu können. Zu diesem Zweck muss die Hardware des iMotes um WLAN erweitert sowie die bestehende Software (namentlich: IBR-DTN, Linux-Zigbee, ggfs. Linux) so erweitert werden, dass sie der Aufgabe gerecht wird.

Zunächst sind daher relevanten Arbeiten vorzustellen, die mit dieser Aufgabenstellung verwandt sind. Dabei sind speziell Implementierungen des Bundle Protokolls über IEEE 802.15.4 interessant. Es ist außerdem zu recherchieren und darzustellen, ob es andere Implementierungen von DTN Convergence Layern gibt, die nicht IP als Kommunikationsprimitiv verwenden.

Anschließend ist ein weitgehend automatisiertes Test Setup zu entwerfen und zu implementieren, mit dessen Hilfe die Leistungsfähigkeit der Bündelübertragung zwischen zwei iMote 2 über IEEE 802.15.4 ermittelt werden kann. Diese Leistungsbeurteilung soll während der Arbeit nach jedem wichtigem Meilenstein durchgeführt werden, um die Effektivität der einzelnen Maßnahmen quantifizieren zu können. Dabei sind sowohl das Standard Bundle Protocol als auch Compressed Bundle Headers einzusetzen.

Anschließend sind Änderungen an der Software zu planen, zu implementieren und schließlich zu evaluieren, um die im Folgenden dargestellten Funktionalität zu realisieren. Dabei sind jeweils wichtige Design Entscheidungen eingehend zu diskutieren und darzustellen.

• Discovery: iMote 2 Knoten sollen in der Lage sein, mit anderen Knoten ohne Koordinator zu kommunizieren. Zudem sollen sich die Knoten untereinander erkennen können, um so die Übertragung von Bündeln zu initiieren.
• Segmentierung: Da die begrenze Größe von Frames auf der Funkschnittstelle zu einem großen Overhead bei der Aufteilung in einzelne Bündel (Fragmentierung) führen würde, ist eine Segmentierung sowie Reassemblierung der Bündel im Convergence Layer zu implementieren.
• Acknowledgements: Linux-Zigbee und/oder IBR-DTN sind so zu erweitern, dass der Empfang von Unicast Frames vom Empfänger bestätigt wird. Sollte eine solche Bestätigung des Empfängers ausbleiben, so ist das jeweilige Fragment erneut zu übertragen. Idealerweise sind zu diesem Zweck die ACK Frames in IEEE 802.15.4 zu verwenden. Hier sind ggfs. Strategien zur erneuten Übertragung vorzustellen und geeignet zu vergleichen.
• Flaschenhälse: Die momentane Implementierung des Bündeltransfers von IBR-DTN über Linux-Zigbee und IEEE 802.15.4 leidet unter einem unerwartet schlechten Durchsatz. Nach Möglichkeit ist der Grund hierfür zu lokalisieren und zu beheben. Im Rahmen dieser Arbeit erstellter Programmcode ist ausführlich zu dokumentieren. Programmteile für IBR-DTN sind mittels Unittests zu validieren. Änderungen an Softwarekomponenten sind nach Möglichkeit direkt an die jeweiligen Maintainer der Softwarepakete weiterzuleiten. Gewählte Lösung sind zu dokumentieren und nach Möglichkeit kompatibel zu einer Contiki basierten Implementierung des Bündelprotokolls zu gestalten. Die Ergebnisse sind geeignet darzustellen.

Links

• Hinweise zur Durchführung von studentischen Arbeiten am IBR
• Aktueller Status