Motivation

Aus den Anwendungsbereichen heraus motiviert ergeben sich verschiedenste Anforderungen an die Kommunikation in Sensor-Aktor-Netzwerken. In diesem Teilprojekt sollen nun – im Gegensatz zu den Teilprojekten K1 und K2 – Problemstellungen bearbeitet werden, die in engem Bezug zur Anwendung selbst stehen. Hierzu gehört beispielsweise eine inhaltsbasierte Adressierung sowie eine darauf aufbauende Autokonfiguration eines Sensor-Aktor-Netzwerks, wobei Prinzipien der Selbstorganisation Verwendung finden. Weiterhin spielt die in den Teilprojekten H2 / H3 betrachtete Programmierbarkeit eine wichtige Rolle, da entschieden werden muss, welcher Knoten welche Aufgabe übernimmt, dies wird in den Teilprojekten K4 und I2 bearbeitet. Hier ist es gegebenenfalls erforderlich, den aktuellen Kontext eines Sensor-Aktor-Netzwerks mit in die Betrachtung einzubeziehen. Hinsichtlich der zu übernehmenden Aufgabe sollten Sensor-Aktor-Netzwerke flexibel sein und jederzeit neue Aufgaben übernehmen können.
Darüber hinaus soll in diesem Teilprojekt in Zusammenarbeit mit den Teilprojekten I1 und K2 das Thema „Genauigkeit“ angegangen werden: wie beeinflussen die Kommunikationsmechanismen und ihre Dienstgüte - insbesondere Verzögerung, Paketverlustrate, Paketreihenfolge - die Genauigkeit von verteilten Messungen?
Stark von der Anwendung abhängig und in engem Zusammenhang mit dem Thema „Genauigkeit“ stehend sind die Aspekte Robustheit und Privatheit in Sensor-Aktor-Netzwerken; diese Aspekte werden im Teilprojekt K3 ebenfalls behandelt.

Stand der Forschung

Im Gebiet der inhaltsbasierten Adressierung und Weiterleitung haben sicherlich die „Directed Diffiusion“ [K3.1] und verwandte Verfahren den stärksten Einfluss auf die Forschung im Bereich Sensor-Aktor-Netzwerke ausgeübt. Adressen werden oftmals auch in engem Zusammenhang mit dem Routing vergeben. [K3.14] präsentiert ein Beispiel hierfür, bei dem die Adressen mittels eines Algorithmus zur Autokonfiguration vergeben werden. Obwohl sich viele Forschungsbeiträge mit Aspekten der Selbstorganisation befassen (z.B. [K3.15]) bleibt die Autokonfiguration von Adressen meist außen vor. Hinsichtlich der Programmierbarkeit bleibt ebenfalls festzuhalten, dass deren Wichtigkeit zwar häufig erwähnt wird, aber nur sehr wenig relevante Arbeiten dazu bekannt sind (z.B. [K3.16]).
Die erzielbare Genauigkeit im Kontext von konkreten Kommunikationsprotokollen wurde etwa in [K3.3, K3.4, K3.5] betrachtet, allerdings nur für wenige klassische Ad-Hoc-Routingverfahren im Rahmen spezieller Anwendungen und ohne Berücksichtigung der Tatsache, dass auch die Kommunikationstechniken auf Zeit und Ortsinformation basieren können bzw. müssen.
Einen aktuellen Überblick zum Thema Sicherheit, Robustheit und Privatheit geben Perrig et al. in [K3.6]. Insbesonders der mögliche Verlust von Privatheit, vor allem durch das „Tracking/Tracing“ von Personen und ihrem Verhalten, wird als Herausforderung betrachtet [K3.6], wobei es von technischer Seite bislang kaum Lösungsansätze gibt. Unberücksichtigt ist bislang auch die Tatsache, dass gleichzeitig eine hohe Präzision und Privatheit von Daten erforderlich ist.

Ziele

In diesem Teilprojekt soll die Basis für die Anpassbarkeit von Sensor-Aktor-Netzwerken gelegt werden. Dazu gehört zum einen eine Autokonfiguration des Netzwerks hinsichtlich der aus der jeweiligen Anwendung stammenden Anforderungen. Zum anderen muss eine eventuelle Gruppierung von Knoten berücksichtigt werden sowie die Bereitstellung der jeweils geforderten Dienste bzw. Programme und die gewünschte Sicherheit.
Hinsichtlich der Autokonfiguration von Sensor-Aktor-Netzwerken ist zu beachten, dass diese nicht wie traditionelle Netzwerke auf IP-Adressen aufbauen werden. Vielmehr sind hier inhaltsbasierte Konzepte zur Adressierung einzelner Knoten bzw. Gruppen von Knoten erforderlich. Ziel ist es, ein flexibles, skalierbares und effizientes Konfigurationsverfahren zu finden, das in möglichst vielen Anwendungsszenarien eingesetzt werden kann. Dabei ist zu untersuchen, inwiefern gegebenenfalls verschiedene Ebenen der Adressierung erforderlich sind, beispielsweise kurze Kennungen einzelner Knoten, die in Netzwerkbereichen eindeutig sind, gekoppelt mit inhaltsbezogenen Adressen (z.B. Temperatur in bestimmter Region). Dabei ist insbesondere zu beachten, dass diese Sensor-Aktor-Netzwerke gegebenenfalls in das bestehende Internet integriert werden sollen. Hierzu sind zusätzliche Konzepte für eine Ankopplung und Umsetzung sowohl hinsichtlich der Adressierung als auch hinsichtlich des Routings zu entwickeln. Der Einsatz von Overlay-Netzwerke in diesem Zusammenhang ist ebenfalls zu überprüfen.
Da die Ausbringung von Sensoren und Aktoren in der Umgebung gegebenenfalls recht aufwändig sein kann, sollten diese in ihrem Einsatz nicht nur auf eine Aufgabe spezialisiert bleiben müssen. In diesem Zusammenhang soll im Rahmen des Teilprojektes K3 die Programmierbarkeit von Sensoren und Aktoren untersucht und aus softwaretechnischer Perspektive unterstützt werden, wobei auf die Hardware-Rekonfiguration aus dem Teilprojekt H2 zurückgegriffen wird. Hierzu ist zu prüfen, inwiefern die im Rahmen programmierbarer Netzwerke entworfenen Technologien hier angewandt werden können. Insbesondere die teilweise recht aufwändige Signalisierung sowie die Bereitstellung von Servern, über die entsprechende Dienste bzw. Programme bezogen werden können, müssen kritisch hinterfragt werden. Techniken der Selbstorganisation sollten wenn möglich zum Einsatz kommen. An dieser Stelle bestehen enge Verknüpfungen mit Teilprojekten aus dem Hauptgebiet H.
Im Hinblick auf „Angepasstheit“ eines Sensor-Aktor-Netzwerks zu einer bestimmten Aufgabe soll in Teilprojekt K3 auch untersucht werden, wie Messergebnisse durch die Kommunikationsprotokolle beeinflusst werden und wie Protokolle gewählt oder entwickelt werden müssen, um bestimmte Anforderungen der Messgenauigkeit zu erfüllen. Hier steht besonders die Frage nach einer Synergie hinsichtlich der Verwendung von Zeit- und Ortsinformation sowohl für die Netzwerkorganisation sowie auch für die Messungen selber im Vordergrund.
Hinsichtlich Sicherheit und Privatheit stellen sich im Rahmen von Sensor-Aktor-Netzwerken vielfältige Fragen. Im Rahmen des Graduiertenkollegs sollen dabei allerdings keine neuen kryptographischen Verfahren entwickelt werden. Vielmehr soll untersucht werden, welche Verfahren unter bestimmten Randbedingungen sinnvoll eingesetzt werden können. Dabei soll zum einen der sichere Transport von Daten untersucht werden. Da die herkömmliche Ende-zu-Ende Beziehung nicht mehr besteht sind hier auch bezüglich der Sicherheit neue Ansätze erforderlich.
Ein weiterer Bereich, der von hohem Interesse sein wird ist die Zusicherung der Privatheit. Dieser Aspekt soll allerdings in der ersten Antragsphase nicht bearbeitet werden.