Dezentralisierte Bedienstrategien und Wegfindungsmechanismen zur Garantie von Rechtzeitigkeit und Ausfallsicherheit in statischen drahtlosen Sensornetzen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Dieses Projekt hat die Dienstgütekriterien von Rechtzeitigkeit und Ausfallsicherheit in Funknetzen, insbesondere Sensornetzen, studiert. Leitgedanke war dabei, die Leistungsfähigkeit der in solchen Netzen geforderten dezentralen Steuerung an den Ergebnissen einer globalen Optimierung zu messen. Für Broadcast Anwendungen in regelmäßigen und zufälligen Topologien wurde das entsprechende globale Optimierungsproblem gelöst. (Anwendungsbeispiel für die regelmäßigen Topologien war das "Inflight Entertainment" in Flugzeugen). Dabei konnte eine feste obere Schranke für die in einem gegebenen Netz auftretenden Durchlaufzeiten angegeben werden, die durch die Dauer eines im Zuge der Optimierung entworfenen Zeitmultiplexrahmens bestimmt wurde. Die Anzahl genutzter Mehrwegeverbindungen gestattete es ferner, die Ausfallsicherheit des Systems einzustellen. Die Aufgabe der Entwicklung von dezentralen Lösungsalgorithmen wurde im Kontext der nächsten Untersuchung zu beliebigen Punkt-zu-Punkt Verbindungen in einem zufällig erzeugten Netz von Sensorknoten aufgegriffen. Das globale Optimierungsproblem zielte hier auf eine Minimierung der Durchlaufzeiten ab, weil die Einhaltung fester Schranken aufgrund des stochastischen Charakters von Topologie, Übertragungsverhalten und Ankunftsprozessen keine sinnvolle Vorgabe zu sein schien. Dem Aspekt der Ausfallsicherheit wurde durch ein Architekturkonzept Rechnung getragen, dass eine hohe Ausfallsicherheit innerhalb eines "Clusters" von Knoten mit einer durch geschickte Frequenzvergabe garantierten Interferenzfreiheit zwischen Knoten verband. Datenverluste waren demnach nur durch exzessive Verzögerungen möglich, die ihrerseits durch das Optimierungsziel bekämpft wurden. Die Optimierung behandelte die zwei Teilprobleme von Clusterbildung und Frequenzzuweisung sowie Routing. Im Zuge der zentralen globalen Optimierung wurden hierfür Lösungen gefunden. Keine Lösungen wurden hingegen für eine systematische Dekomposition des globalen Problems in eine der Knotenanzahl entsprechende Zahl von lokalen Optimierungsproblemen gefunden. Stattdessen wurden Heuristiken entwickelt, die dieselben Funktionen übernehmen und deren Leistungsfähigkeit im Vergleich mit Lösungen des globalen Optimierungsproblems erhoben wurden. Dabei wurde deutlich, - dass der verfolgte Ansatz exzessive Verzögerungen und Verluste in der Tat vermeidet, - dass bei den dezentralen Clusterbildungsalgorithmen noch ein Verbesserungspotential existiert und - dass das Scheduling in einem Cluster zur Zeit noch einem erheblichen Teil zu dem beobachteten Verzögerungen beiträgt, was vermutlich durch eine bessere Feinabstimmung zwischen dem beiden Schichten (MAC-Schicht und Scheduling auf Clusterebene) erreicht werden kann. Beide Ansätze zu Verbesserungen sind Gegenstand weiterführender Arbeiten am Institut.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- "Multicoverage-based Reliable Broadcasting and Wireless Ad-hoc Networks", Proc. SOMSED 2009, Hamburg, Oktober 2009
L. Torres and U. Killat
- "Routing and Scheduling for Short-Range Wireless Inflight Multimedia Networks", Proc. AST 2009, Hamburg, März 2009
L. Torres and U. Killat
