Studentische Arbeiten am Fachgebiet Kommunikationsnetze

Results: 167
Created on: Wed, 27 Mar 2024 23:01:31 +0100 in 0.0851 sec


Umer, Muhammad;
Developing a framework for link quality estimation and mobility management performance evaluation. - 61 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015

Während der letzten Jahre entwickelten sich die drahtlosen Sensornetzwerke zu einem interessanten Forschungsgebiet. Die Entwicklung von kleinen und kostengünstigen Sensoren war Grundlage für die weitere Forschung und Implementierungen im Bereich von Sensornetzwerken. Sensornetzwerke kommen in verschiedenen Anwendungsszenarien zum Einsatz, so dass viele Forschungsergebnisse lediglich aufgrund praktischer Erfahrungen gewonnen werden können. Es existieren zahlreiche Simulationsprogramme aber für weitergehende Analysen und Messungen werden noch immer Testaufbauten vor der eigentlichen Implementierung benötigt. Ein wichtiger Schritt, vor der Verwendung der im Rahmen von Forschungsarbeiten gefundenen Protokolle in praktischen Systemen, ist das ausführliche Testen in einem physikalischen Sensornetzwerk. Die Vorbereitung und Durchführung dieser Tests ist schwierig und nimmt viel Zeit in Anspruch. Eine Testumgebung für Sensornetzwerke ermöglicht dabei das Testen von Protokollen. In dieser Arbeit haben wir einen Rahmen für die Realisierung verschiedener Experimente im Bereich der Sensornetzwerke entworfen und implementiert. Die Implementierung beinhaltet kostengünstige Hardware und ein umfangreiches Softwarepaket. Der Hardwareaufbau besteht aus Sensoren, USB Verbindungen, USB Hubs und einer Steuerung (PC) während das Softwarepaket Anwendungen in Java, TinyOS und Matlab enthält. Unser Testaufbau wird durch eine benutzerfreundliche grafische Bedienoberfläche gesteuert und wird dazu verwendet verschiedene Algorithmen und Protokolle vor dem eigentlichen Einsatz in kommerziellen Systemen zu evaluieren. Das führt zu einer erheblichen Aufwandsreduktion und Zeitersparnis für Wissenschaftler bei der Erstellung von Versuchsanordnungen und der Überprüfung der Ergebnisse. Die Funktionalität und Leistungsfähigkeit des Netzwerks wird in Form von geschätzten Verbindungsqualitätsmetriken ausgewertet. Die Schätzung der Verbindungsqualität in drahtlosen Netzwerken ist wichtig für die Optimierung verschiedener Protokollparameter und Anwendungen. Sie stellt einen grundlegenden Parameter für Protokolle in Bezug auf die Zuverlässigkeit und den Datendurchsatz dar. Die Testumgebung besitzt ein Anzeigemodul, um die Schätzung der Verbindungsqualität in Echtzeit zu beobachten. Durch eine serielle Schnittstelle ist es auch möglich, die Parameter des Versuches während der Laufzeit zu verändern.



Eltabbakh, Mohamed;
Development of a concept to integrate wireless sensor networks into intra-vehicle networks. - 91 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2015

Moderne Anforderungen der Industrie, wie zum Beispiel die Automobilindustrie, erfordern die Nutzung von IEEE 802.15.4 drahtlosen Sensoren- und Intravehikel Netzwerke. Eine große Nachfrage besteht für einen Koppler, der IEEE 802.15.4 drahtlosen Sensoren Netzwerk indem Intravehikel Netzwerke integriert sind. Die Hauptaufgabe dieser Arbeit ist der Entwurf eines Konzepts für einen Koppler. "Bluetooth Low Energy" und IEEE 802.11p wurden als zwei mögliche Technologien in der Arbeit präsentiert. Daher war die erste Aufgabe die zwei Technologien miteinander zu vergleichen und festzustellen, welche Technologie für Intravehikel Netzwerke geeignet ist. Die Ergebnisse waren zugunsten der "Bluetooth Low Energy" Technologie. Soft- und Hardware-Programmierung waren nötig für den Entwurf des Kopplers. Die präsentierte Software empfängt Daten von IEEE 802.15.4 drahtlosen Sensoren Netzwerk durch unterschiedliche Sensoren-Knoten und koppelt die Daten in Bluetooth Low Energy Format ein. Kunden können die ausführlich formatierten Daten, den Wert, den Sensor Typ und die Sensoradresse empfangen. Die Software wurde erfolgreich getestet und somit wurde das Ziel der Arbeit erreicht.



Ahmed Khan, Suhail;
Use of flexibility information from assets in the smart grid, to congestion and demand control and to mitigate disruption in the communication between controllers and power assets. - 106 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015

Der Bedarf an Energieverbrauch ändert sich in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren. Das Angebot und Nachfrage nach Energie muss in mehreren Zeitskalen ausgeglichen sein, sowohl im Sekundenbereich als im Stundenbereich. Um dies zu erreichen werden Technlogien die unter Demand Response(DR) und Demand Side Management(DSM) in der Literatur bekannt sind. Sie ermöglichen die Entwicklung von Architekturen, welche Informationen über Energieressourcen zusammenführen und die physikalischen und finanziellen Interaktionen mit höheren Kontrolleinheiten, Netzwerken und Akteuren steuern. Diese Arbeit ist ein Teil des EU FP7 Forschungsprojekts SmartC2Net und legt den Fokus auf die adaptive Steuerung von Niederspannungsnetzen. Das Ziel von SmartC2Net ist es intelligente Netzsteuerungsapplikationen, die auf der Qualität des unterliegenden Kommunikationsnetzes reagieren, zu entwerfen. Ein Grundkonzept bei der Steuerung von Energieflüssen, ist die Flexibilität eines Verbrauchers. Dies charakterisiert den Energieverbrauch bestimmter Lasten, welche die Fähigkeit haben Energie zu speichern, zu verschieben oder thermische Energie als Mittel zum Energiemanagement zu verwenden. Eine Kategorisierung dieses Modells kann anhand von Kommunikations- und Informationsschichten der SMART-GRID-Architektur vorgenommen werden. Basierend auf die Ermittlung der Flexibilität, wird in dieser Arbeit die Leistungsfähigkeit von Steuerungsalgorithmen für den flexiblen Verbrauch beim Laden von Elektroautos oder Heizen eines Hauses untersucht. Die Steuerung dieser Einheiten erfolgt durch vernetzte hierarchische Kontrolleinheiten, welche den Energieinformationsaustausch und die Aggregation nutzen. Aggregation ist eine wichtige Funktion. Energie-Flexibilität muss aggregiert werden, bevor sie für die Steuerung verwendet werden kann. Durch die Aggregation wird die Komplexität verringert, was eine Marktbeteiligung für Netzbetrieber und Energieversorger ermöglicht. Die Energieoptimierung nutzt Flexibilitätsinformationen und sie wird als Mixed Integer Programming (MIP) Problem formuliert. Will man Lastflüsse berechnen, so muss man ein nichtlineares Problem lösen. Wir beschreiben die Simulationsmodelle von zwei flexiblen Lasten ( Ladestation und Haushalt Heizungssystem) und verbinden sie mit einer Kontrolleinheit des Haushalts (CEMS). In Falle von öffentlichen Ladestationen, die Architektur sieht für jede Ladestation ein Controller vor. Eine Simulation der e-Mobilität liefert die Parameter für die Ladeprozesse (Ankunftzeitpunkt, Energiemenge, Verweilzeit, etc.). Die Profile der Aufladung sind modifizierbar (für Shoppingcenter, Pendler oder Heimladung), darüberhinaus sind verschiedene Beschränkungen je nach PV-Generation im Haus, Spitzenhintergrundbelastung usw. möglich. Das Experiment zeigt die Qualität der Ladevorgänge und der Energieaufladung. Im Haushaltsszenario werden die lokalen Steuerungseinheiten, CEMS (customer energy management system) durch einen Aggregator zum Zweck der Verschiebung der Energiespitzen gesteuert. Jeder CEMS hat eine PV-Anlage, einen HVAC und teilweise eine Ladestation für Elektroauto. Die CEMS melden Flexbilitäts- und Verbrauchsprognosen, sie erhalten vom Niederspannungsnetz-Controller eine Prognose für die Referenzlast, die sie folgen sollten. Die durchgeführten Untersuchungen und Messurgen mit dem oben beschriebenen Regelkreis sollen zeigen, wie die Nachfrage gesteuert werden kann und wie die gemeldete Energieflexibilität zur Erzielung verschiedener Schlüssel Performance Indikatoren (KPIs) genutzt werden kann. Der letzte Teil der Arbeit widmet sich der Datenkommunikation zwischen dem Aggregator und den Steuerungseinheiten.der Verbraucher. Ich simulierte die Unterbrechung dieser Netzverbindung und messte die Reaktion des gesamten Regelkreises auf dieses Ereignis. Zusätzlich die Monitoring-Framework, Die verschiedene Kommunikationstechnologien und die prospektiv Kommunikationsnetz Bedingungen haben diskutiert.



Golle, Robbi;
Development of a concept to collect and distribute context information related to ferry movements. - 142 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015

Während eines Katastropheneinsatzes können Rettungskräfte mobile Ad-hoc-Netzwerke bilden, um die Kommunikationsverbindung untereinander aufrecht zu erhalten. Erschwerte Bedingungen vor Ort, ein potenziell großes Einsatzgebiet sowie große Distanzen zwischen den Einsatzkräften können zu einer Fragmentation des Netzwerks führen. Message Ferrying ist ein vielversprechendes Routingverfahren um die Verbindung von Knoten in einem Delay Tolerant Network zu gewährleisten. Dabei sind spezielle Knoten dafür verantwortlich, die Nachrichten im Netzwerk physisch von Sendern zu Empfängern zu transportieren. Diese sogenannten Message Ferries bewegen sich auf Routen, deren Planung wichtig für die Effizienz und Leistungsfähigkeit des Netzwerkes ist. Die dauerhafte Bewegung der Netzwerkknoten erschwert zusätzlich die Planung der Routen, sodass eine aktive Anpassung dieser während der Mission notwendig wird. Da in der aktuellen Forschung kein Konzept zur aktiven Anpassung der Routen durch die Ferries existiert, muss eine sinnvolle Grundlage für die Entscheidungsfindung des Anpassungsprozesses entwickelt werden. Dies ist das Ziel dieser Masterarbeit. Jene ist von folgenden Forschungsfragen geleitet: Ist die Sammlung und Auswertung von bewegungsbezogenen Kontextinformationen von Netzwerkknoten geeignet, um die Effektivität und Leistungsfähigkeit des Netzwerkes zu verbessern? Welche bewegungsbezogene Kontextinformationen sind dafür von Nutzen? Müssen bewegungsbezogene Kontextinformationen unter den Knoten ausgetauscht werden? Wie muss ein möglicher Kontextdatenaustausch realisiert werden? Die Grundlagen von Delay Tolerant Networks und deren Routingprotokollen, Message Ferrying sowie der aktuelle Stand der Forschung zu Kontextinformationssammlung und -auswertung werden genauer untersucht und erläutert. Basierend auf den erworbenen Erkenntnissen wird ein Konzept für die Sammlung und Verbreitung von bewegungsbezogenen Kontextinformationen entwickelt und im ONE Simulator für Delay Tolerant Networks innerhalb zweier Szenarien implementiert, getestet und ausgewertet. In den Simulationen wird das entwickelte Konzept mit den zwei DTN Routing-Protokollen Epidemic und PRoPHET verglichen, um seine Vorteile gegenüber diesen zu demonstrieren. Die Effektivität und Leistungsfähigkeit des entwickelten Konzepts werden detailliert beschrieben und vorgeführt, sowie mögliche Fehler und zukünftige Verbesserungen. Es kann gezeigt werden, dass bewegungsbezogene Kontextinformationen genutzt werden können, um die Leistungsfähigkeit von Message Ferrying in Delay Tolerant Networks zu verbessern.



Khan, Umair Asrar;
Analysis of real-time capabilities of an automotive Ethernet based network. - 71 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014

In den vergangenen Jahren hat der Einsatz von Elektronik in Fahrzeugen zunehmend an Bedeutung gewonnen, vorrangig zur Umsetzung weitere Assistenz- und Sicherheitssysteme sowie für Komfortfunktionen. Dazu sind mehrere elektronische Steuergeräte, Sensoren, Aktoren und Anzeigesysteme für den Fahrer nötig, die untereinander über ein Netzwerk verbunden sind, um Daten austauschen zu können. Typische Vertreter dieser Netzwerke sind CAN, LIN, MOST und FlexRay, wobei diese Technologien verschiedene Anforderungen erfüllen und daher häufig parallel eingesetzt werden. Der hohe Bedarf an zusätzlicher Datenrate, z.B. bedingt durch Anwendungen wie autonomes Fahren, kann nur eingeschränkt durch diese Technologien gedeckt werden. Der IEEE 802.1AVB/TSN und TT-Ethernet Standard sind Optionen, die diese Anforderungen erfüllen könnten. Da TT-Ethernet ein proprietärer Standard ist liegt der Schwerpunkt dieser Arbeit auf der Evaluierung der Eigenschaften von IEEE 802.1AVB/TSN basierten Netzwerken für Anwendungen im automotive Bereich. Das Ziel dieser Arbeit ist die Analyse und Optimierung dieses Standards im Hinblick auf die speziellen Anforderungen von intra Fahrzeugnetzwerken. Insbesondere soll dabei die Synchronisation des Netzwerkes und die Etablierung einer gemeinsamen Zeitbasis sowie worst-case Ende-zu-Ende-Verzögerungen untersucht werden. Die Analyse wird simulativ basierend auf einer typischen Netzwerkkonfiguration durchgeführt. Es werden einige Optimierungen für den IEEE 802.1AS Standard vorgeschlagen, um die Anforderungen an das Initialisierungsverhalten des Netzwerkes besser zu erfüllen. Des Weiteren wird die Idee des Credit Based Shaper (CBS) und Time Aware Shaper (TAS) für verschiedene Verkehrsklassen untersucht und eine analytische Auswertung diskutiert. IEEE 802.1AS, CBS und TAS wurden für diese Arbeit in OMNeT++ implementiert und simuliert. Die Ergebnisse zeigen, dass die vorgeschlagenen Optimierungen dazu in der Lage sind, das Initialisierungsverhalten des Netzwerkes zu verbessern und die speziellen automotive Anforderungen zu erfüllen. Für die Übertragung von Videodaten hat sich der CBS als mögliche Lösung herausgestellt. Der TAS wurde für Kontrolldaten verwendet um minimale Jitter und Ende-zu-Ende-Verzögerung zu erzielen. Allerdings muss das Netzwerk entsprechend vorkonfiguriert sein, da es ansonsten herausfordernd ist, eine hinreichend geringe Ende-zu-Ende-Verzögerung für Kontrolldaten zu erzielen.



Reich, Henning;
Evaluierung von DTN-Routingprotokollen zur Übertragung von Echtzeitdaten im Katastrophenfall. - 137 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014

Katastrophen wie der Tsunamis 2011 in Fukushima zeigen, wie Naturgewalten die Infrastruktur großer Gebiete zerstören können. Aber besonders an solchen Orten ist eine funktionierende Kommunikation notwendig, um schnelle Hilfe zu gewährleisten. Mit "Delay tolerant Networking" (DTN) kann in solchen Gebieten eine Kommunikationsmöglichkeit geschaffen werden. Dabei werden Nachrichten beim Nutzer gespeichert und bewegen sich mit diesen. Ein Routingprotokoll entscheidet dabei, ob die Nachricht an andere erreichbare Nutzer gesendet wird, damit die diese das Ziel erreichen kann. Durch den Transport im Speicher entstehen lange Verzögerungen in der Laufzeit. Ziel dieser Arbeit ist es festzustellen, wie gut sich diese Routingprotokolle zur Übertragung von Echtzeitdaten eignen. Dazu werden zuerst die benötigten Anforderungen für die Eignung zur Übertragung von Echtzeitdaten festgelegt. Danach erfolgt die Simulation verschiedener Routingprotokolle anhand zwei unterschiedlicher Szenarien. Besonders wird dabei auf die Auswirkung des Routings auf die Laufzeit der Nachrichten geachtet. Zusätzlich werden die beiden Szenarien unter Einbeziehung weiterer Knoten als MANET betrachtet, welche bei einer bestehenden Verbindung eine minimale Verzögerung und damit Echtzeitkommunikation ermöglichen. Die Simulationen konnten zeigen, dass das Verhalten der Protokolle von der Leistung der zugrunde liegenden Funkverbindung abhängig ist. Auch zeigen die Ergebnisse, dass DTN Netzwerke schon in kleinen Gebieten eine hohe Laufzeit der Nachrichten verursachen. Erst mit zusätzlichen platzierten Knoten konnten die gestellten Anforderungen erfüllt werden.



Reichwald, Karl;
Implementierung und Validierung eines Anwendungsschichtprotokolls für s-net® basierte drahtlose Sensornetze. - 65 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014

Die am Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen entwickelte s-net®-Technologie bietet anwendungsspezifische Lösungen zur Erstellung leistungsfähiger, drahtloser Sensornetze. Dabei bewirken die Softwarearchitektur und der proprietäre Protokollstapel eine stark eingeschränkte Kompatibilität mit anderen Netzen und Geräten. Die mit s-net®-Sensornetzen realisierten Anwendungsszenarien verlangen jedoch nach robusten und universellen Kommunikationsmöglichkeiten. Aus diesem Grund wird in dieser Arbeit eine Lösung zur Umsetzung der standort- und plattformunabhängigen Kommunikation für s-net®-basierte drahtlose Sensornetze mit Geräten in ressourcenarmen und ressourcenreichen Netzen geboten. Das zunächst angestrebte Konzept der Implementierung einer Constrained Application Protocol-Anwendungsschicht für s-net® erwies sich dabei als ungeeignet. Basierend auf einem Hypertext Transfer Protocol/Constrained Application Protocol-Proxy wurde mit der Implementierung eines speziellen Gateways für s-net® ein alternativer Lösungsansatz realisiert. Der daraus resultierende Demonstrator veranschaulicht exemplarisch die mögliche Kommunikation zwischen Sensorknoten im s-net®-Sensornetz und Geräten in Hypertext Transfer Protocol- und Constrained Application Protocol-basierten Netzen. Dabei bleiben die Softwarearchitektur und proprietären Protokolleigenschaften von s-net® unverändert bestehen. Jedoch verursachte dies eine hohe Latenz für den Nachrichtenaustausch durch die stromsparenden s-net®-Protokolle. Insgesamt konnte durch den entwickelten Gateway die Integration im Internet der Dinge und die Grundlage für die netzübergreifende Machine-zu-Maschine-Kommunikation mit Sensorknoten s-net®-basierter drahtloser Sensornetze gewährleistet werden.



Rönsch, Patrick;
Staumanagement in Ethernet-Netzwerken basierend auf IEEE 802.1Qau. - 42 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014

Kommunikationsnetze sind aus unserem Leben nicht mehr wegzudenken. Besonders in großen Rechenzentren müssen diese besonders leistungsfähig sein, da hier hohe Ansprüche an Datendurchsatz und Auslieferungsverzögerungen gestellt werden - Zeit ist Geld. Großen Einfluss auf diese Leistungsfähigkeit hat der Verlust von Datenpaketen, die dann neu übertragen werden müssen. Um solche, durch Pufferüberlauf bedingte, Paketverluste zu vermeiden, wurden Strategien entwickelt, die derartige Staus verhindern sollen. Eine solche Strategie wurde in IEEE 802.1Qau standardisiert. Das Protokoll stellt einen zustandslosen Mechanismus bereit, der die Übertragungsrate direkt an der Quelle steuert, und dadurch in der Lage ist Paketverluste theoretisch komplett zu vermeiden. In dieser Arbeit soll die Auswirkung von IEEE 802.1Qau dargestellt und eine Erweiterung des Protokolls bezüglich Quality-of-Service-Garantien untersucht werden.



Behringer, Anja;
Untersuchung von Einflussgrößen der Informationsverteilung in Car-2-X-Szenarien. - 81 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014

Aufgrund der steigenden und heutzutage bereits selbstverständlichen Mobilität steigt die Verkehrsdichte zunehmend an. Dies kann vermehrt zu Straßenbehinderung und zu Verkehrsunfällen führen. Weltweit haben sich Automobilindustrien das Ziel gesetzt die Verkehrsunfälle und -behinderungen zu vermeiden. Durch die Kommunikation unter den Fahrzeugen und Infrastrukturelementen, wie z.B. Ampeln, möchte man dieses durch das Kommunikationsystem, welches als Car-2-X-Kommunikation bezeichnet wird, umsetzen. Die Fahrzeuge bilden dabei ein sogenanntes Vehicular Ad Hoc Network (VANET), welches auf dem Standard IEEE 802.11p basiert. Dadurch können Nachrichten, über beispielsweise eine Unfallstelle, durch das Netzwerk zwischen den Fahrzeugen verbreitet werden. Es werden an das Netzwerk verschiedene Herausforderungen gestellt, da es sich um ein ständig veränderndes System handelt. Die Fahrzeuge möchten ihre Nachrichten über das Netzwerk verteilen, dafür gibt es verschiedene Protokolle, die unterschiedliche Mechanismen zur Verbreitung der Nachrichten besitzen. Es muss eine gute Informationsverteilung erreicht werden, ohne dass die Nachricht verloren geht oder zuviele Redundanzen entstehen können. Diese Arbeit setzt sich mit der Informationsverteilung und Simulation von Car-2-X-Szenarien auseinander. Ziel ist es einerseits verschiedene Einflussfaktoren, wie beispielsweise die Verkehrsdichte, auf die Informationsverteilung zu untersuchen. Anderseits eine realitätsnahe Simulation der Protokolle zu erreichen und diese anhand von verschiedenen Szenarien auszuwerten. Dafür wird eine realistische Verkehrsmodulation benötigt. Um die Auswertung und Dimensionierung, der für die Protokolle verwendeten Parameter zu vereinfachen, wird ein Optimierungsalgorithmus entwickelt, welcher automatisiert eine minimale Misserfolgsquote für die Realisierung der Protokolle erzielt. Das macht die Auswertung und Untersuchung von verschiedenen Protokollen einfacher und ermöglicht für die Zukunft die Auswahl an Protokollen für verschiedene Szenarien leichter zu evaluieren.



Andrich, Carsten;
Entwicklung eines programmierbaren User-Space-Switches. - 104 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014

Unsere moderne Informationsgesellschaft ist auf leistungsfähige Netzwerktechnologien angewiesen. Dazu zählt auch Ethernet, das heute nahezu exklusiv für kabelgebundene lokale Netzwerke eingesetzt wird. Da die Anforderungen an solche Netze exponentiell wachsen, wird der Ethernet-Standard kontinuierlich weiterentwickelt, wobei neben einer Steigerung der Übertragungsgeschwindigkeit auch Protokolle für die Umsetzung von Dienstgütegarantien im Mittelpunkt der Forschung stehen. Zur Unterstützung der Entwicklung neuer Protokolle stellen sowohl computergestützte Simulationen als auch Testnetzwerke probate Erprobungsmittel dar, wobei für Letztere programmierbare Switches benötigt werden. Ein solcher Switch wird in dieser Arbeit als Anwendung im Linux User-Space entwickelt. Aufgrund von Unzulänglichkeiten bezüglich der Programmierbarkeit bestehender Software-Switches wird eine Neuimplementation in Angriff genommen. Im Fokus liegt dabei eine effiziente und skalierende Umsetzung der Ethernet-Frameweiterleitung mittels Multi-Threading. Es erfolgt zunächst eine detaillierte Untersuchung verschiedener Linux-APIs, Threading-Modelle, nebenläufigen Datenstrukturen und Synchronisationsoperationen. Unter Abwägung der Resultate wird dann ein simpler, programmierbarer Switch implementiert. Abschließende Untersuchungen zeigen, dass dieser größtenteils mit Hardware-Switches vergleichbare Leistungscharakteristiken aufweist. Zusätzlich wird weiteres Optimierungspotenzial anhand konkreter Beispiele identifiziert.