Investigation of the resilience of Bluetooth mesh networks. - Ilmenau. - 79 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020
Ziel dieser Arbeit war es, die Belastbarkeit von Bluetooth-Mesh-Netzwerken zu untersuchen, indem ein experimentelles Testbed eines Mesh-Netzwerkes bestehend aus Bluetooth Low Energy (BLE)-Geräten erstellt wurde. Für die Bewertung des MeshNetzwerks wurden Parameter wie die Signalstärke, die Entfernung und das Packet Delivery Ratio berücksichtigt. Die theoretische Untersuchung verschiedener BLE MeshImplementierungen und Mesh Networking Software für Bluetooth 5.0 werden in dieser Arbeit vorgestellt. Verschiedene Arten von hardwarebasierten BLE-Implementierungen werden theoretisch untersucht und verglichen. Diese Arbeit trägt zum Vergleich des Standes der Technik bestehender BLE MESH-Netze, die von der Industrie mit Software Entwicklungs-Kits, Anwendungen, Anwendungsfällen, Hardware-Beschreibungen und Open-Source-Implementierungen für verschiedene Betriebssysteme angeboten werden, bei. Im Hinblick auf die Untersuchung von BLE MESH-Netzwerken wurden verschiedene Experimente durchgeführt, die sich z.B. auf Coverage, Received Signal Strength Indicator (RSSI) und Packet Delivery Ratio bezogen. Die verschiedenen Messungen wurden für verschiedene Szenarien untersucht. Der Vergleich und die Analyse der experimentellen Daten führte zu Schlussfolgerungen über die Belastbarkeit des BLE MESH-Netzwerks. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass BLE MESH-Netze eine gute Belastbarkeit aufweisen.
Software defined approaches for data center networks. - Ilmenau. - 89 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020
Datenzentren werden aufgrund der zunehmenden Datengenerierung und Internetnutzer auf der ganzen Welt schnell zu einem festen Bestandteil jedes größeren Unternehmens. Rechenzentrumsnetzwerke sind ein integraler Bestandteil von Rechenzentren. Cloud Computing gewinnt aufgrund seiner zahlreichen Vorteile immer mehr an Bedeutung. Viele Datencenter-Topologien sind vorgeschlagen worden, um diese Herausforderung zu lösen. In der Arbeit werden mehrere Topologien wie Fat Tree, DCell, BCube und Circu-lant Fat Tree diskutiert. Das Routing von Rechenzentren ist für feste große Netzwerke ausgelegt, die typisch für Rechenzentren sind. Die Simulation eines komplexen Systems wie eines Rechenzentrums ist eine schwierige Aufgabe. Es gibt verschiedene Simulatoren, die verwendet wurden, um sowohl physische als auch Cyber-Aspekte eines Rechenzentrums zu modellieren. In der Arbeit werden verschiedene Architekturen wie Monsoon, Portland und VL2 diskutiert, um Licht in die Funktionsweise von Rechenzentrumsnetzwerken zu bringen. Die Crossroads-Architektur, die die Vorteile von SDN ausnutzt, wird ebenfalls diskutiert. Eine Simulation der Netzwerkkapazität des traditionellen Fat-Tree unter Verwendung des Spanning-Tree-Protokolls und des DCell-Netzwerks wird diskutiert. Eine Simulation von BIRD und BATMAN des Fat-Tree-Netzwerks in Bezug auf Netzwerkkapazität und Durchsatz wird ebenfalls diskutiert. Abschließend werden die Vorteile "Software Defined Approaches" für Rechenzentren gegenüber traditionellen Netzwerken diskutiert.
Design and performance evaluation of LoRa wide area networks for IoT applications. - Ilmenau. - 85 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020
Diese Arbeit zielt darauf ab, ein auf Long Range Wide Area Network (LoRaWAN) basierendes System zu entwerfen und zu simulieren, das aus einer unterschiedlichen Anzahl von Sensorknoten besteht, die über ein bestimmtes geografisches Gebiet verteilt sind, mehreren Gateways in verschiedenen Internet of Things (IoT) Anwendungsszenarien. Die Simulation des Long Range (LoRa) Netzwerks basiert auf den beiden vorhandenen LoRaWAN-Simulatoren d. h. Framework für LoRa (FLoRa) und LoRa-Simulator (LoRaSim) und MATLAB. Zusätzlich werden die praktischen Experimente des LoRaWAN-Netzwerks auf dem Campus der Technische Universität Ilmenau entwickelt. Die Messergebnisse über das Message Queue Telemetry Transfer (MQTT) Protokoll werden in der Cloud (d. h. MQTT-Broker) publiziert und vom MQTT-Broker über Mobiltelefone, PCs, Laptops usw. abonniert.
Detection and mitigation of an abnormal traffic behavior in software defined networking. - Ilmenau. - 82 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020
Das exponentielle Wachstum von Online-Dienstleistungen sowie die Menge der Daten, die über das Internet übertragen werden, erforderten einen Wechsel von der Nutzung traditioneller Netzwerke zu einer Form von Netzwerk, die sich an die aktuellen Anforderungen der Nutzer anpassen kann. So sind zum Beispliel Qualität der Dienstleistung, Geschwindigkeit der Paketzustellung und hohe Netzwerkeffizienz sind einige Grundbedurfnisse, die von jedem Nutzer benötigt werden, aber die traditionellen Netze erfüllen diese grundlegenden Anforderungen nicht, da sie mit der sich ständig weiterentwickelnden Technologie nicht Schritt halten können. Aufgrund seiner Architektur, 'Software Defined Networking' bietet eine Lösung für diese Probleme. Die Architektur bringt Flexibilität in Bezug auf die Art und Weise mit sich, wie wesentliche Netzwerkfunktionalitäten auf offene und programmierbare Weise einbezogen werden. Diese Form der Architektur führt jedoch auch zu verschiedenen Sicherheitsprobleme , eine davon ist der 'Distributed Denial of Service attack'. Diese Arbeit betrachtet daher einen Ansatz zur Erkennung verschiedener Abweichungen im Zusammenhang mit dem 'Distributed Denial of Service attack', die im Netzwerk auftreten können. Der wichtige Baustein für die Angriffserkennung besteht aus einem Intrusion Detection System (SNORT), das zur Erkennung des Angriffs benutzt wird, und einem Controller (Ryu), der nach der Erkennung des Angriffs Sperrbefehle an Weiterleitungsgeräte sendet. Aus der Simulation und den Ergebnissen der Arbeit geht hervor, dass verschiedene Formen von Angriffen in sehr kurzer Zeit erkannt und abgemildert werden können, was auch die Netzwerkressourcen von Verbrauchung verhindert.
End to end performance analysis of an automotive inter-domain communication over Scalable-Service Oriented Middleware over IP (SOME/IP). - Ilmenau. - 102 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020
Die Automobilindustrie befindet sich derzeit in einem Umbruch. Megatrends wie Autonomes Fahren, Elektrifizierung oder Konnektivität stehen im Fokus der wichtigsten Hersteller. Bertrandt folgt diesen Trends und entwickelt ein eigenes, hochmodernes Auto. Infolgedessen wird die Fahrzeugarchitektur in Richtung der domänenorientierten Architektur neu gestaltet. Darüber hinaus wird Automotive Ethernet zusammen mit Scalable Service-Oriented Middleware over IP (SOME/IP) eingeführt, um die anspruchsvolle Kommunikation im Fahrzeug zu bewältigen. Es ist jedoch zu beachten, dass die klassischen Kommunikationsprotokolle nicht ganz verschwinden werden. In einer solchen Situation ist es unerlässlich, das Verhalten und die Auswirkungen zu analysieren, die die alten und neuen Technologien in Kombination haben. Ziel dieser Arbeit ist es, die Ergebnisse auszuwerten, wenn ein klassisches Protokoll wie Controller Area Network (CAN) mit SOME/IP kombiniert wird. Die End-to-End-Verzögerungen werden zusammen mit den spezifischen Segmenten, die den gesamten Kommunikationsweg bilden, gemessen. Es werden mehrere Simulationen unter verschiedensten Szenarien durchgeführt. Dabei werden Zyklusszeiten von 5 ms, 10 ms und 100 ms betrachtet. Ebenfalls wurde auf dem Ethernet, wie auch auf dem CAN, ein Stressszenario durchgeführt, um eine hohe Grundlast zu erzeugen um dadurch die Kommunikation zu stören. Die Ergebnisse zeigen, dass die Zuverlässigkeit der Kommunikation von der Häufigkeit der erzeugten Nachrichten abhängt. Realitätsnahe Werte wie 10 ms und 100 ms haben geringe Verzögerungen, was beweist, dass diese neu entwickelten Technologien für die Automobilumgebung geeignet sind.
Service-Management in einem vermaschten Notfallkommunikationsnetz. - Ilmenau. - 63 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020
Die Gewährleistung qualitativ hochwertiger Kommunikationsdienste ist eine der wichtigsten Aufgaben des Service Managements. Es wird immer eine Wahl geben: bereits bewährte Technologie auf der Grundlage von Standards oder partikuläre, aber vielleicht besser geeignete Lösungen zu verwenden. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Benachrichtigungsnetzwerk auf Basis des modernen MQTT-Protokolls erstellt. Die Arbeit enthält ein grundsätzliches Schema zur Benachrichtigung von Netzwerkteilnehmern und das verbesserte Schema, die eine qualitativ hochwertige Verwaltung von Netzwerkdiensten zur Verbesserung der Netzwerkleistung ermöglicht. Die Lösungen wurden in einer Emulationsumgebung heißt Mininet entwickelt und anhand von durchgeführten Messungen in verschiedenen Parametern verglichen.
Evaluation von Softwareverteilungssystemen zur Distribution von Fog-Computing-Diensten in vermaschten Weitverkehrsnetzen. - Ilmenau. - 151 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020
Die klassische Softwareverteilung mit Client-Server-Ansatz stellt Schlüsseltechnologien wie das Internet of Things vor Engpässe, die den Fortschritt der Digitalisierung einschränken. Zur Vermeidung von Latenzen und der Reduktion von Downloadzeiten, wurden Techniken wie Fog-Computing entwickelt. Eine Möglichkeit das Fog-Computing auf die Softwareverteilung anzuwenden stellt die Peer-to-Peer Verteilung mit Koordinationsserver dar, die auch mit den Herausforderungen vermaschter Netze umgehen kann. Bei langsamen instabilen Kommunikationsnetzen, wie einem Weitverkehrsfunknetz, steigern sich diese Herausforderungen bei der Softwareverteilung großer Datenmengen drastisch. Softwareverteilungssysteme werden eingesetzt, um die Übertragung von Daten zwischen den Hosts zu orchestrieren und zu optimieren. Im Rahmen dieser Masterarbeit werden die Systeme Transmission des Transmission Project, Dragonfly von Alibaba und Kraken von Uber als Lösung für die Übertragung von Software in vermaschten Weitverkehrsnetzen untersucht und evaluiert. Diese 3 Systeme bedienen sich im Kern dem Fog-Computing in Form einer Softwareverteilung mittels Peer-to-Peer und Koordinationsserver. Zur Evaluation wird eine Testumgebung aufgebaut, die aus einem virtuellem Netzwerk besteht, das einem Ausschnitt des HAMNET nachgebildet ist und mit Containernet emuliert wird. Innerhalb dieses Testnetzwerks werden die Systeme implementiert, die Softwareverteilung durchgeführt und Downloadzeiten zusammen mit dem Datenverkehr gemessen. Die Systeme werden unter verschiedenen Einflussgrößen untersucht, die ihre Eignung für die Softwareverteilung in vermaschten Weitverkehrsnetzen kennzeichnet. Dazu werden die zu verteilende Datei und die Anzahl der Koordinationsserver variiert, sowie Messungen durchgeführt bei denen einzelne Koordinationsserver ausfallen. Die Messergebnisse zeigen, dass insbesondere Transmission, als Beispiel für einen BitTorrent-Client zeichnet sich hierbei durch eine schnelle Verteilung und geringe Streuung beim Datenverkehr aus. Dahingegen macht sich Dragonfly durch eine wesentlich langsamere Verteilung und einen hohen Datenverkehr sowie viele Verteilungsfehler bemerkbar. Im Gegensatz zu Dragonfly liefert Kraken, das für die Verteilung von großen Datenmengen über die gesamte USA genutzt wird, vielversprechende Ergebnisse.
Network aware service placement in wireless mesh network. - Ilmenau. - 78 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019
Mit dem Fortschritt der Funktechnik, verbreitet sich die Service-Platzierung in WMNs zunehmend. Dies liegt hauptsächlich an der einfachen Bereitstellung, Skalierbarkeit und Flexibilität der drahtlosen Netzwerke. Falsche Platzierungen von Diensten führt zu einer schlechten Leistung. Durch überlastete Knoten und Verbindungen beeinträchtigt dies den Nutzer der Dienste. Der Algorithmus NASAP wurde entwickelt, um dieses Problem zu lösen. Der Algorithmus berücksichtigt die Eigenschaften des zugrundeliegenden Netzwerks, indem er Packet-Folgen verschickt, um das Netzwerk zu messen. Diese Folgen halten den Mehraufwand bei der Messung des Netzes gering und sorgen für eine schnelle Berechnung der Ergebnisse. Der Hauptbaustein des Algorithmus ist die Identifizierung der Service-Anforderungen auf der Grundlage der beiden wichtigsten Parameter der Servicequalität, nämlich bitratenintensive und latenzempfindliche Dienste. Mit NASAP wurde der Gesamtdurchsatz für 60% der Benutzer um bis zu 15% verbessert. Die Serviceantwortzeit verbessert sich auch, wenn viele Dienste bereitgestellt werden und eine große Anzahl von Benutzern mit diesen diensten kommunizieren. Darüber hinaus werden die Ressourcen der Knoten ausgewogene verteilt und dadurch eine Auslastung einzelner Knoten verhindert.
Evaluation der Interoperabilität unterschiedlicher Protokollimplementierungen für drahtlose Sensornetze. - Ilmenau. - 136 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019
Die Interoperabilität in drahtlosen Sensornetzen, also die Zusammenarbeit heterogener Komponenten eines Netzes, ist durch die Diversität angebotener Hard- und Softwarelösungen nicht immer gegeben. Dies ist ein Problem, wenn bestehende Netze um anderen Komponenten erweitert werden sollen und schränkt die Zukunftsfähigkeit eines Netzes ein. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Interoperabilität der drei Implementierungen OpenThread, dem Kinetis- und dem Mbed Thread Stack des Protokollstapels Thread. Anhand unterschiedlicher Untersuchungen wird die Zusammenarbeit der Implementierungen beobachtet und anschließend bewertet. Nach einer theoretischen Betrachtung folgen empirische Untersuchungen, deren Beobachtung Aufschluss darüber gibt, ob die Implementierungen standardkonform arbeiten und bis zu welchem Grad sie interoperabel sind. Anhand der gewonnenen Ergebnisse wird klar, dass Interoperabilität zwischen den Implementierungen nicht als gegeben vorausgesetzt werden kann. Bei der Durchführung der Versuche werden unterschiedliche Auffälligkeiten im Ablauf dokumentiert, die zu Einschränkungen in der Zusammenarbeit der Netzwerkknoten führen. Weiterhin wird festgestellt, dass von der Thread Group zertifizierte Endprodukte hiervon nicht betroffen sind und besser abschneiden, als jene die diese offizielle Zertifizierung nicht haben. Die Ergebnisse bestätigen die Relevanz der Interoperabilitätsbetrachtungen in drahtlosen Sensornetzwerken und zeigen, dass selbst zwischen Implementierungen eines Standards Probleme auftreten können.
Drahtlose Kommunikationsprotokolle für die Hausautomatisierung. - Ilmenau. - 66 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019
Im Bereich der Hausautomatisierung wird eine Fülle von Produkten verschiedenster Hersteller angeboten. Mitunter lässt sich nur schwer erkennen, inwieweit Produkte kompatibel miteinander sind. Wesentlich hierfür ist die Verwendung eines gemeinsamen Funkstandards. Neben individuellen proprietären Lösungen mancher Hersteller haben sich Funkstandards herausgebildet, denen sich Gruppen von Herstellern angeschlossen haben. Beworben werden diese Funkstandards durch Markennamen wie ZigBee, Z-Wave oder Bluetooth. Diese Namen bezeichnen eine Zusammenfassung verschiedener Protokolle mit unterschiedlichen Eigenschaften. In dieser Arbeit wurden eine Auswahl verschiedener Funksysteme und die darunter liegenden Protokolle miteinander verglichen und ihre spezifischen Vor- und Nachteile aufgezeigt. Anschließend wurde mit ZigBee eine Testumgebung mit verschiedenen Geräten (Schalter, Lampen, Sensoren, etc.) aufgebaut. Es wurden die wesentlichen und für die Hausautomatisierung wichtigen Funktionen mit verschiedenen Geräten getestet. Dabei wurde gezeigt, dass die zuvor theoretisch beschriebenen Anforderungen erfüllt werden.