SFB 376

Sonderforschungsbereich 376

Mobile Ad-hoc-Netzwerke (MANETs)




Personal

Leitung:
Prof. Dr. Friedhelm Meyer auf der Heide
Prof. Dr.-Ing. Ulrich Rückert
PD Dr. Christian Schindelhauer
Wissenschaftliche Mitarbeiter:
Dipl.-Ing. Matthias Grünewald (EA)
Dipl.-Inform. Christof Krick (EA bis 30.09.2001)
Dipl.-Inform. Stefan Rührup (GA)
Dipl.-Inform. Klaus Volbert (EA)
Weitere MitarbeiterInnen:
Dipl.-Ing. André Brinkmann (GA)
Dipl.-Ing. Heiko Kalte (GA)
Dipl.-Ing. Dominik Langen (GA)
Dipl.-Ing. Jörg-Christian Niemann (GA)
Dr.-Ing. Mario Porrmann (GA)
Dipl.-Ing. Erik Vonnahme (GA)

Zusammenfassung

Ziel des Teilprojektes C6 ist die Entwicklung, Analyse und Umsetzung von Verfahren für das Netzwerkmanagement und Routing in drahtlosen mobilen Ad-hoc-Netzwerken (Manets). Manets unterscheiden sich in einer Reihe von Punkten von bestehenden LAN- oder WAN-Netzwerken, aber auch von herkömmlichen drahtlosen Netzen. Manets sind nicht auf eine vorgegebene Infrastruktur angewiesen. Die Kommunikation zwischen den Teilnehmern in einem Manet erfolgt direkt oder über andere Benutzer (Multi-Hop-Kommunikation). Die Zusammensetzung von Manets kann sich ständig ändern, es können jederzeit Teilnehmer zu dem System hinzukommen oder es verlassen. Des Weiteren ist die Topologie eines Manets selbst bei konstanter Teilnehmerzahl nicht fest, da sich die Stationen innerhalb eines Manets frei bewegen können. Ein weiterer Unterschied liegt in der möglichen Reichweitenanpassung der Sender, die in der Regel durch eine Variation der Übertragungsleistung erreicht wird.


Unsere Kommunikationsverfahren in Manets sollen vor allem die folgenden Anforderungen erfüllen:

Eine besondere Eigenschaft dieses Projektes ist die Einbeziehung von neuen Übertragungstechniken, die vorher noch nicht intensiv untersucht worden sind. Es stehen Manets im Mittelpunkt, die eine variable Sendeleistung zulassen, da man von diesen nicht nur im Bereich der Energieeffizienz, sondern auch bezüglich der Zeiteffizienz Vorteile gegenüber herkömmlichen Manets erwartet. Weiterhin wird zwischen ungerichteter (Rundfunk) und gerichteter Kommunikation (Richtfunk, Infrarotlicht) unterschieden. Während auf dem Gebiet der Algorithmik die gerichtete Kommunikation Vorteile verspricht, erfordert sie auch gleichzeitig einen höheren Bedarf an Hardwareressourcen. Deshalb wird in diesem Projekt der Zusammenhang zwischen den entwickelten Algorithmen und deren Implementierung durch eine ressourceneffiziente parallele System-On-Chip (SoC) Architektur betrachtet.

Zu den wesentlichen Ergebnissen unserer Arbeiten zählt, dass wir Wegesysteme in gerichteten sowie in leistungsvariablen Manets aufbauen können, die den Energieverbrauch bis auf einen konstanten Faktor oder die Routingzeit bis auf einen logarithmischen Faktor approximieren. Wir haben gezeigt, dass es im Allgemeinen nicht möglich ist, beide Ressourcen gleichzeitig zu optimieren. Zusätzlich haben wir erste Modelle für die Betrachtung von Worst-Case-Bewegungen in Manets entwickelt und in diesen Modellen Kommunikationsstrukturen entworfen, die beweisbar gute Kommunikations- und Grapheigenschaften hinsichtlich Interferenzen, Routingzeit und Energie besitzen.

Unsere Modelle wurden dabei anhand des prototypisch realisierten Kommunikationsmodul für den Miniroboter Khepera aufgestellt, mit dem gerichtete und leistungsvariable Manets aufgebaut werden können. Zur Implementierung der entwickelten Algorithmen haben wir eine Entwurfsmethode hergeleitet, die eine parallelisierbare Beschreibung der Paketverarbeitung ermöglicht. Sie beinhaltet insbesondere ein Verfahren zur Abschätzung und Optimierung des Ressourcenbedarfs der Protokollverarbeitung innerhalb eines Multiprozessors, mit der wir die Rechenzeit und den Energieverbrauch bestimmter Funktionen, wie z.B. Fehlerprüfung, durch Hardwareerweiterungen drastisch reduzieren konnten.

Um die Lücke zwischen prototypischer Umsetzung und mathematisch exakter Analyse zu schließen, haben wir SAHNE, eine Simulationsumgebung für Manets, entwickelt. Neben der Ausführung der Protokolle auf dem Arbeitsplatzrechner haben wir eine Schnittstelle integriert, die die Bearbeitung der Paketflüsse aus der Simulation mit dem prototypisch realisierten Multiprozessor ermöglicht. Zur Analyse der Ressourceneffizienz der Ausführung unterstützt die Schnittstelle Performanzmessungen. In SAHNE haben wir die Umsetzbarkeit und die Effizienz unserer Verfahren unter realistischen Bedingungen ausgiebig getestet.



Inhaltsverzeichnis
Falls Sie Probleme, Fragen, Anregungen oder Anmerkungen hinsichtlich der Arbeit dieses Teilprojekts des Sonderforschungsbereichs haben, können Sie uns eine Nachricht hinterlassen.

Navigationshilfe:

Klaus Volbert, März 2003