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Realitätsnahe Emulation drahtloser Sensornetze in OMNeT++

Realitätsnahe Emulation drahtloser Sensornetze in OMNeT++
Forschungsthema:Internet of Everything
Typ:Masterarbeit
Datum:31.03.2015
Betreuer:

Anton Hergenröder, Christian Haas

Bearbeiter:Markus Jung

Zukünftig werden Anwendungsbereiche wie das Smart-Home oder das Internet der Dinge, in denen verschiedenste Geräte vernetzt sind, von großer Bedeutung sein. Dabei entstehen stark heterogene Netze, sowohl hinsichtlich von Kommunikationsmechanismen als auch den vernetzen Geräten verfügbaren Ressourcen. Die Geräte lassen sich hierbei je nach verfügbarer Ressourcen klassifizieren. Eine mögliche Geräteklasse bilden u.A. drahtlos vernetzte Sensoren, welchen bspw. in der Heimautomation und Energiemanagementsystemen von Smart-Homes notwendig sind. Drahtlose Sensornetze bestehen aus einer Vielzahl leistungsschwacher Kleinstrechner, ausgestattet mit Hardware zur sensorischen Erfassung der Umgebung, die drahtlos kommunizieren und batteriebetrieben sind. Sie weisen hohe Ressourcenbeschränkungen auf und stellen so eine besondere Herausforderung dar. Im Besonderen wird der energieeffizienten Kommunikation in diesem Kontext eine wichtige Bedeutung beigemessen.

Eine besondere Herausforderung bezüglich Kommunikation ist die starke Heterogenität der eingesetzten Geräte, sowohl was die vorhandenen Ressourcen als auch die genutzten Vernetzungstechnologien angeht. Hier durch ist es notwendig, neue Kommunikationsprotokolle zu entwickeln und zu evaluieren, da die bisher, beispielsweise im Internet, eingesetzten Protokolle nicht geeignet bzw. für den Anwendungsfall optimiert sind. Simulationswerkzeuge spielen eine wichtige Rolle für die Erforschung und Entwicklung von Protokollen und Anwendungen für drahtlose Sensornetze. Dabei wurde bei der Evaluation bisher entweder mit homogenen Netzen gearbeitet oder von konkreten Implementierungen von Kommunikationsprotokollen für reale Geräte abstrahiert. Insbesondere für Sensornetze ist es jedoch wichtig anwendungsnahe Implementierungen von Protokollen zu berücksichtigen, um realitätsnahe Evaluationsergebnisse hinsichtlich Energieeffizienz zu erhalten. Bisherige Simulationswerkzeuge bieten diese Möglichkeit in heterogenen Netzen nicht.

Um solche heterogene Szenarien realitätsnah evaluieren zu können wäre es hilfreich, eine geeignete Simulationssoftware nutzen zu können, mit deren Hilfe Kommunikationsprotokolle bzw. Anwendungen einfach und ohne prototypische Implementierung getestet und bewertet werden können. Ein Ansatz für ein solches Simulationswerkzeug ist es realitätsnahe Emulation der Sensorknoten im Sensornetzsimulator Avrora mit dem flexiblen, jedoch im Sensornetzbereich von konkreten Implementierungen abstrahierenden, Netzwerksimulator OMNeT++ zu verknüpfen.


Aufgabenstellung

Ziel der Masterarbeit von Herrn Jung war es, einen hybriden Simulator für heterogene Netz, welche u.A. drahtlose Sensornetze beinhalten, zu entwickeln und evaluieren. Dabei soll die bewährte Emulation drahtloser Sensorknoten und die daran gekoppelten Energiemodelle von Avrora mit der Flexibilität und Erweiterbarkeit von OMNeT++ vereint werden. Durch die Integration des Simulationsframeworks MiXiM solle die Funkkommunikation realitätsnäher als zuvor mit Avrora simuliert werden. Insgesamt soll damit die Grundlage für eine realitätsnahe Simulation komplexer Einsatzszenarien drahtloser Sensornetze wie etwa dem Smart-Home geschaffen werden.