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.
Dynamische Wegewahl in Assistenzsystemen. - 73 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014
Der demografische Wandel in Deutschland sorgt für ein stetiges Wachstum einer immer älter werdenden Bevölkerung. Besonders Menschen im Seniorenalter sind durch altersbedingte Beeinträchtigungen auf Hilfe angewiesen. Forschungsinstitute in Bereichen der Informationstechnik werden deshalb veranlasst einen Schwerpunkt auf Unterstützungs- und Assistenzsysteme zu legen, welche das tägliche Leben erleichtern und Notfallsituationen erkennen können. Ein zentrales Problem derartiger Assistenzsysteme liegt jedoch bei den hohen Akzeptanzschwellen der Nutzer. Zum Minimieren dieser Akzeptanzschwellen liegt ein Ansatz darin, zwischen dem Nutzer und den Dienstleistungsanbietern möglichst viele Kommunikationsvarianten anzubieten. In diesem Rahmen beschäftigt sich die vorliegende Arbeit mit der konzeptionellen Erarbeitung von flexiblen Wegewahlverfahren zur Bestimmung eines geeigneten Kommunikationsmediums zwischen dem Assistenzsystem und den Benutzern. Die Grundlage der Untersuchungen bildet das WEITBLICK-Forschungsprojekt der TU Ilmenau. Um die notwendigen Anforderungen an das Wegewahlverfahren zu ermitteln, werden aus den Leitideen des Forschungsprojekts Anwendungsszenarien herausgearbeitet, die für die Bearbeitung der Aufgabenstellung herangezogen werden. Abschließend werden die Resultate in Java-Probeanwendungen implementiert und durch Testszenarien evaluiert. Zum Einsatz kommt hierbei eine Programmierschnittstelle, die das Advanced Message Queuing Protocol (AMQP) zur Kommunikation mit einem RabbitMQ-Server verwendet.
Application layer group communication management. - 79 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
Fernunterricht erfreut sich heut zu Tage immer größerer Beliebtheit. Viele Menschen finden es praktisch von zuhause aus zu lernen. Die Flexibilität des Fernunterrichtes hat Personen aller Gesellschaftsschichten angelockt, Beschäftigte und Arbeitslose eingeschlossen. Aufgrund dessen untersucht diese Arbeit Lösungen um die Gruppenkommunikation innerhalb verschiedenen Kommunikationstechniken zu ermöglichen. Verschiedene Informationstechniken, wie zum Beispiel IPv4/IPv6, JMS, AMQP, DAB und DVB werden geprüft. Ihr Gruppenmanagement und Adressschemata werden ebenfalls betrachtet. Diese Arbeit präsentiert auch eine komparative Analyse von Kriterien um Entscheidungen über den Ablaufplan quer durch die verschiedenen Informationstechniken zu treffen. Modelle, welche die unterschiedlichen Informationstechniken integrieren, werden vorgestellt. Zwei dieser Modele werden simuliert, hierbei wird die Programmiersprache Java verwendet. Für jedes dieser Modele werden Kriterien, um Entscheidungen über den Arbeitsplan zu fällen entwickelt. Anhand dieser Kriterien kann eine spezifische Nachricht über den ausgewählten Gateway einer den betreffenden Nachrichtentyp unterstützenden Kommunikationstechnologie geleitet werden. Diese Modelle können eingesetzt werden, um Fernunterricht zu unterstützen, wobei die Schüler Arbeitsmaterialien und Vorträge über unterschiedliche Technologien, die von verschiedenen Geräten oder Arbeitsstationen unterstützt werden, empfangen können. Auch können Organisation die in dieser Arbeit vorgeschlagenen Modelle nutzen, um bei ihren Kunden für ihre Produkte, Dienstleistungen und Waren zu werben.
Evaluation and extension of a middleware platform on an embedded hardware. - 98 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
In dieser Arbeit wird eine existierende Middleware-Plattform für Heimautomatisierung, openHAB, um Unterstützung für am IMMS entwickelte Hardwareplattformen erweitert. Dabei werden Sensorik- und Aktorik-Komponenten der drahtlosen Sensornetz-Lösung (engl. wireless sensor network, WSN) IMMS BASe-Net, die an eine energieeffiziente eingebettete Plattform, IMMS BASe-Box, angebunden sind, integriert, und openHAB wird auf der BASe-Box zum Laufen gebracht. Im Rahmen dieser Aufgabenstellung wurde ein sog. binding bundle entworfen und implementiert, das openHAB um eine Schnittstelle zu an die IMMS BASe-Box angebundene Peripherie erweitert. Verwendet werden dazu mehrere von der BASe-Box bereitgestellte Web-APIs (REST, JSON-RPC). Dieses Bundle ist auf PC und BASe-Box gleichermaßen einsetzbar. Teil der Arbeit ist auch eine Betrachtung des Laufzeitverhaltens von openHAB im Vergleich zwischen PC und BASe-Box, auch unter Berücksichtigung verschiedener Java Virtual Machines (JVM). Dabei hat sich die Verwendung der Oracle JVM im Hinblick auf Prozessorlast, Verarbeitungsgeschwindigkeit und Latenzen als beste Wahl gegenüber Open-Source-Alternativen erwiesen. Weiterhin erfolgt ein Vergleich des implementierten Bundles mit der grundsätzlichen Alternative der Verwendung eines existierenden Bundles für HTTP-basierte Kommunikation, dem gegenüber die aus der Arbeit resultierende Implementierung deutliche Vorteile hinsichtlich Konfigurationsmöglichkeiten, Funktionalitäten, Prozessorlast und Speicherverbrauch sowie Skalierbarkeit bietet. Zur Evaluierung und Demonstration der geschaffenen Implementierung wurde ein komplexes Szenario entworfen, umgesetzt und auf der IMMS BASe-Box zur Ausführung gebracht. Dieses Szenario bindet zahlreiche während der Bearbeitung verfügbare Sensoren und Aktoren sowie mehrere BASe-Boxes in Kombination ein und zeigt, wie Sensordaten abgerufen und verarbeitet, Aktoren angesteuert und Daten in GUIs sowie auf einer proprietären LED-Matrix visualisiert werden können. Dabei erfolgt neben der Visualisierung in einer Nutzeroberfläche auch eine exemplarische Datenspeicherung unter Verwendung der Round-Robin-Datenbank rrd4j. Über sog. Regeln (engl. rules) erfolgt eine Verknüpfung von Sensorik und Aktorik zur Realisierung einiger automatischer Steuerungsszenarien, u.a. zur automatischen Lichtsteuerung und Fensterüberwachung.
IPv6-basierte Routing- und Übertragungsprotokolle in verlustbehafteten Ad-hoc-Nahbereichsfunknetzwerken. - 25 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014
Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Einsatz von IPv6-basierten Übertragungsprotokollen in drahtlosen Sensornetzwerken. In einem praktischen Anwendungsszenario sollen Konzepte des Internet der Dinge unter Nutzung standardisierter Protokolle Anwendung finden. Für die Arbeit wurde das Open-Source-Betriebssystem TinyOS verwendet.
Konzept zur Internetversorgung DSL-unterversorgter Gebiete. - 128 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2013
Die deutsche Bundesregierung verfolgt das Ziel, allen deutschen Bürgern breitbandige Internetzugänge zur Verfügung zu stellen. Zwar ist die Erfüllung dieses Zieles bereits sehr weit vorangeschritten, es gibt jedoch noch einige Gebiete in denen die Möglichkeiten des Zugriffs auf breitbandige Internetanschlüsse sehr eingeschränkt sind. In der Arbeit wurden die verschiedenen Breitbandzugangstechnologien miteinander verglichen und bewertet. Es wurden Analysen über die vorhandenen Internetzugänge und dort erreichbare Geschwindigkeiten in der Stadt Ilmenau durchgeführt. Aufbauend auf diese Ergebnisse wurde ein Konzept für die Verbesserung der Versorgung eines ausgewählten Wohngebietes erstellt. Aus diesem Konzept lassen sich allgemeine Entscheidungshilfen ableiten, welche die technologischen Entscheidungen beim Ausbau der Internetversorgung anderer Wohngebiete erleichtern sollen.
Implementierung und Simulation eines Diensterkennungsmechanismus basierend auf Namensauösung über Routing in Mobilen Ad-hoc-Netzwerken. - 87 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013
In der heutigen Welt ist die Kommunikation zwischen Menschen oder Geräten nicht mehr wegzudenken. Für die drahtlose Kommunikation wurden verschiedene Technologien wie z. B. Global-System-for-Mobile-Communications (GSM), Universal-Mobile-Telecommunications-System (UMTS) und Wireless-Local-Area-Network (WLAN) entwickelt. In der letzten Zeit haben die Forscher eine Vision von Netzwerken entwickelt, die sich im Aufbau von bisherigen drahtlosen Netzen unterscheiden. Die so genannten Mobilen Ad-hoc-Netzwerke (MANETs) haben keine feste Infrastruktur und sind vollkommen dezentral aufgebaut. Ursprünglich waren vor allem militärische Anwender an der Nutzung von MANETs interessiert. Später wurden ähnliche Szenarien im zivilen Umfeld wie z. B. für Rettungseinsätze im Katastrophenfall eingeführt. Die naheliegende Idee der Nutzung von MANETs in solchen Situationen ist die Erkennung der in der Umgebung angebotenen Dienste. Die Zielsetzung dieser Arbeit ist der Entwurf eines Diensterkennungsmechanismus basierend auf Namensauflösung über Routing, welche von Schellenberg et al. vorgeschlagen wurde. Durch die Implementierung des Diensterkennungsmechanismus in der Vermittlungsschicht, anstatt in der Anwendungsschicht, werden sowohl die Diensterkennung als auch das Routing zeitgleich realisiert. Dies führt zur Reduzierung des Netz-Overheads, wodurch Energie und Ressourcen geschont werden. Aufgrund der unzuverlässigen Kommunikation und begrenzter Ressourcen gibt es verschiedene Herausforderungen zur Diensterkennung in MANETs. Diese Netzwerke sind automatisch konfigurierbar und bestehen aus mobilen Endgeräten, die autonom sind und sich jederzeit frei bewegen, das Netzwerk verlassen oder in das Netzwerk eintreten können. Diensterkennung in einer solchen Umgebung erfordert einen dezentralen Ansatz. In dieser Arbeit wurde ein Protokoll zur Diensterkennung in einer dezentralen Architektur konzipiert, das auf Ad-hoc-On-demand-Distance-Vector (AODV) bzw. Optimized-Link-State-Routing (OLSR) basiert. Dies wurde anschließend implementiert und validiert.
Evaluierung von TRILL für Ethernet - Nutzen von Layer 3 Mechanismen auf Layer 2 für effizientere Ausnutzung der Ethernet-Infrastruktur. - 102 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013
Diese Bachelorarbeit beschäftigt sich mit dem Netzwerkprotokoll TRILL. Dieses Protokoll soll in redundant ausgelegten Ethernetnetzwerken die Spanning-Tree Protokolle ablösen. Dazu nutzt es eine angepasste Form des IS-IS Protokolls und übertragt es auf Ethernet. Für die Betrachtung von TRILL wurden die genutzten Strategien in OMNet++ umgesetzt und anhand verschiedener Topologien die Vor- und Nachteile analysiert. Eine besondere Rolle spielte dabei die Möglichkeit, dass mit TRILL Netzwerkverkehr über parallele Wege verbreiten kann. Dieses optionale Feature ist in den Spezifikationen nicht explizit festgelegt, womit viele Realisierungen möglich sind. In der Arbeit wurden zwei unterschiedliche Varianten betrachtet. Auch die Idee, nicht nur gleichlange Pfade zu erlauben, wurde berücksichtigt und zum Vergleich mit herangezogen.
Modifying the protocol stack of a Bluetooth audio receiver in order to minimize power consumption and audio latency while maintaining compatibility. - 81 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013
Die Bluetooth-Technologie ist eine der erfolgreichsten Kurzstrecken-Funkstandards in batteriebetriebenen mobilen Geräten. Moderne Hörgeräte haben eine Vielzahl an Funktionen, wie zum Beispiel die drahtlose Audioübertragung mittels proprietären Protokollen. Mit Hilfe der Bluetooth-Technologie könnte in Hörgeräten eine Audioübertragung mit geringer Latenz von einer Vielzahl von Mobiltelefonen und anderen Bluetoothgeräten ermöglicht werden. In allen Embedded-Geräten benötigt die Funkschnittstelle den Großteil der Batteriekapazität. Der Bluetooth-Standard ist bereits hinsichtlich des Energieverbrauchs optimiert. Die verfügbaren Bluetooth-Ein-Chip-Lösungen nutzen proprietäre Ansätze um den Energieverbrauch zu minimieren. Allerdings übersteigen die Energieverbrauchswerte aktueller Bluetooth-Hardware immer noch die Energiekapazitäten aktueller Hörgeräte. Zu diesem Problem existieren zahlreiche Ansätze, den Energieverbrauch zu modellieren und entsprechende Designvorschläge zur Energieoptimierung der Hardware. Das Ziel dieser Masterarbeit bestand in der Recherche und dem Entwurf zu möglichen Anpassungen im Protokollstack eines Bluetooth-Empfängers bezüglich der Senkung des Energieverbrauchs. Hierbei sollte zusätzlich die Kompatibilität mit anderen Bluetooth-Geräten gewährleistet bleiben. Weiterhin wurden in dieser Arbeit lediglich die oberen Schichten des Bluetooth-Stacks untersucht. Insbesondere bezogen sich die Untersuchungen auf die Audioprofile HSP, HFP und A2DP in der Anwendungsschicht des Bluetooth-Protokollstapels. Hierbei wurden basierend auf Messungen und theoretischen Überlegungen mögliche Modifikationen der Audio-Profile vorgeschlagen. Die oberen Schichten des Bluetooth-Protokollstapels haben jedoch nur einen begrenzten Einfluss auf den Energieverbrauch der Hardware. Dies konnte mittels der in dieser Arbeit durchgeführten Experimente und Beobachtungen belegt werden. Somit besteht ein Bedarf an weiterführenden Untersuchungen der tieferen Schichten im Bluetooth-Protokollstapel hinsichtlich der Senkung des Energieverbrauchs. Zusammenfassend kann diese Masterarbeit als Grundlage für weiterführende Forschung und Anpassungen in den Bluetooth-Audio-Profilen und den tieferen Schichten der Bluetooth-Realisierungen angesehen werden.
Optimierung der Informationsverteilung für Car-2-X-Kommunikation. - 86 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013
In der Car-2-X-Kommunikation werden Fahrzeuge untereinander und gleichzeitig mit Infrastrukturelementen über den WLAN Standard IEEE 802.11p vernetzt. Dieses Netzwerk wird als Vehicular Ad Hoc Network (VANET) bezeichnet. Es ist ein autonomes, selbstorganisierendes System mit mobilen Netzknoten. Dabei entstehen viele neue Herausforderungen wie das sog. Broadcast Storm Problem. Aufgrund der massenhaften Verbreitung der Nachrichten wird das Netzwerk überlastet, was durch effiziente Algorithmen zur Informationsverteilung gelöst werden kann. Ziel dieser Arbeit ist, solche Algorithmen zu untersuchen, weiterzuentwickeln und zu optimieren. Dafür werden verschiedene Szenarien zur Anwendung Hindernis- und Gefahrenerkennung mit kooperativer Navigation in der Plattform Veins modelliert und simuliert. Die Simulationen zeigen dabei, dass für eine optimale Informationsverteilung ein Entscheidungsmodell notwendig ist, welches je nach Situation den passenden Algorithmus auswählt.