G-Lab
Real-World G-Lab
| Laufzeit: | 01.09.2009 - 31.08.2012 |
| Leitung: | Prof. Dr.-Ing. Horst Hellbrück |
| Mitarbeiter: | Dr.-Ing. Torsten Teubler |
Hintergrund
Das heutige Internet besitzt eine große wirtschaftliche Bedeutung, basiert jedoch größtenteils noch auf Mechanismen und Algorithmen, die in den 70er und 80er Jahren entwickelt wurden. Zukünftige Anwendungen im geschäftlichen und privaten Bereich stellen Anforderungen, für die das Internet ursprünglich nicht konzipiert war. Diese Anwendungen sehen sich Problemen gegenüber, die auf Defizite in der Architektur des Internet hinweisen.
Eine zentrale Anforderung des zukünftigen Internets wird die Einbindung diverser Netzwerktechnologien zur Unterstützung unterschiedlichster Anwendungen sein. Eine wesentliche Rolle wird dabei die Erfassung von Daten der realen Welt spielen, um beispielsweise Informationen über bestimmte Umweltphänomene zu sammeln oder um einem Benutzer aktuelle Kontextinformationen zu vermitteln. Ein wesentliches Instrument dieses zukünftigen Internets werden daher drahtlose Sensor- und Mesh-Netze sein, mit denen die Daten erfasst und verfügbar gemacht werden.
Ziel
In diesem Projekt wurde untersucht, wie sich drahtlose Sensor- und Mesh-Netze in zukünftige Internet-Architekturen einpassen lassen. Die Fachhochschule Lübeck hat sich hier besonders die Entwicklung neuer Anwendungen und die Unterstützung von Mobilität zum Ziel gesetzt. Es wurden unterschiedliche Aspekte von grundlegender technischer Einbindung über Kommunikations- und Service-Infrastrukturen bis hin zu Anwendungsproblemen betrachtet.
Ansatz
Abb.1: Schematische Schichten-Darstellung des EZgate Stapels zwischen Internet und Sensornetz und zwei fiktive Anwendungen oberhalb des Gateways.
Viele Forschergruppen verfolgen den Ansatz, leichtgewichtige Protokolle und Anwendungen direkt auf den Sensorknoten zu implementieren und die Sensornetze so direkt ins Internet zu integrieren. Die physikalische Anbindung erfolgt über eine Art „Gateway“, das IP Pakete aus dem Internet in 6LoWPAN (IPv6 über Funkstandard IEEE 802.15.4) Pakete wandelt und über die Funkschnittstelle in das Sensornetz leitet und umgekehrt.
Wir hingegen verfolgten mit EZgate den Ansatz der Anbindung und erweitern die Aufgaben des Gateways. Es dient nun als Anwendungs-Proxy. Das heißt, dass Anwendungen auf dem Gateway ausgeführt werden. Wir sehen in diesem Vorgehen eine Vereinfachung der Anwendungsentwicklung und Wartbarkeit im laufenden Betrieb der Sensornetze.
Weiterhin wurde im Rahmen des Projekts wurde eine Experimentierplattform (Testbed) aufgebaut, die aus verschiedenen Sensor- und Mesh-Netzen besteht. So können andere Forschungseinrichtungen und auch Firmen eigene Algorithmen für solche Netze entwickeln und unter realistischen Bedingungen testen. Dieses Sensornetz Testbed wurde in die bereits existierende G-Lab (German-Lab, nationales Testbed für Internet-Algorithmen) Testbed-Infrastruktur integriert. Real-World G-Lab stellt somit eine Erweiterung von G-Lab dar.
Ergebnisse
Abb.2: Fest installierte Testbed-Sensorknoten im Gebäude 18 der TH Lübeck.
Stationäres und Mobiles Testbed
Das mobile Testbed an der Fachhochschule ist ein Indoor-Netz, die Infrastrukturknoten des mobilen Testbeds an der Fachhochschule Lübeck sind permanent im Testbed Verbund verfügbar. Die mobilen Knoten können nach Absprache verfügbar gemacht werden. Als mobile Plattform für das Testbed an der Fachhochschule Lübeck dienen speziell modifizierte Roomba Roboter. Durch die vorgenommenen Modifikationen können die Roboter autonom gesteuert und über WLAN administriert werden. Neben den mobilen Sensorknoten (die Geräte, die das Sensornetz bilden) gibt es noch fest installierte Sensorknoten im Testbed.
Verwertung der Ergebnisse
Das im Rahmen des Projektes aufgebaute Testbed wird weiterhin aktiv genutzt. So wird es im Rahmen des Projektes DataCast, wo datenzentrische Ansätze in drahtlosen Sensornetzen untersucht werden, eingesetzt, um Protokollimplementierungen zu testen.
Das Projekt SoCoR (Strategies for cooperative spectrum sensing in Cognitive Radio networks) welches ebenfalls am CoSA Kompetenzzentrum beheimatet ist, nutzt das Testbed regelmäßig für Experimente und Messungen von kooperativen Systemen. Dies zeigt die Vielseitigkeit unserer Installation und Ergebnisse.
Weiterhin werden Implementierungen von Protokollen, die im Rahmen von Abschlussarbeiten entstehen, im Testbed evaluiert. Ein Beispiel für eine Arbeit, die zur Produktreife weiterentwickelt wurde und sich seit Dezember 2012 im produktiven Einsatz in der Industrie befindet ist „Entwurf, Implementierung und Bewertung eines sensornetzbasierten Messsystems für Flächenneigungen“. Das System wurde unter Zuhilfenahme der TriSOS Sensorknoten und der generischen Algorithmenbibliothek Wiselib entwickelt. Die Sensorknoten werden mit EZgate im IP basierten LAN verfügbar gemacht.
Durch die konsequente Verwendung der generischen Algorithmenbibliothek Wiselib können Anwendungen unabhängig von der Sensorknotenhardware entwickelt werden. Da die Wiselib auch auf die Sensornetzplattformen der Projektpartner (iSense) portiert worden ist, lassen sich Algorithmen, die in diesem Projekt implementiert worden sind, auf allen Plattformen evaluieren und weiterverwenden. Durch die Verwendung der Testbed Föderationssoftware Wisebed lassen sich die Testbed-Installationen auch auf Experimentebene in einem Verbund betreiben, um so die Ausdehnung des Testbeds zu erweitern.
