FeelMaTyC (Feedback-less Machine-Type Communication)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Markus Fidler; Professor Dr. Jürgen Peissig
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 329885056

In vielen Anwendungen der Machine-Type-Communication (MTC), wie der Übermittlung von Bildern, Sensordaten oder einem Zählerstand wird Bidirektionale Kommunikation nicht benötigt. Sie dient vielmehr der Koordinierung und Sicherung der Übertragung sowie der Zugriffssteuerung auf das Übertragungsmedium.Der Einsatz einer unidirektionalen (feedback-losen) Kommunikation von Machine-Type-Devices zu einer Basisstation hingegen spart die mit einer bidirektionalen Kommunikation einher gehenden Kosten für erhöhte Ressourcenbelegung, erhöhter Energiebedarf und die Integration eines Empfängers am MTC-Knoten ein. Auf diese Weise kann feedback-lose Kommunikation dazu dienen, günstige MTC-Konzepte bereitzustellen und damit Massenanwendungen für das Internet der Dinge zu vereinfachen.Die Ressourceneffizienz wird jedoch dadurch erkauft, dass sich der einzelne MTC-Knoten nicht mehr vollständig sicher sein kann, dass seine Daten mit der gewünschten Dienstgüte vermittelt werden. Zudem hat die Netzsteuerung keinen Einfluss mehr auf die Medienzugriffsmodi der einzelnen Knoten.Damit die für die Applikation notwendige Dienstgüte trotzdem mit der benötigten Sicherheit eingehalten werden kann, ist es wichtig, die Leistungsgrenzen in Bezug auf die MTC-Knotendichte sowie ihrer Dienstgüteanforderungen in einem unkoordinierten und feedback-losen Netzwerk zu kennen und durch geeignet parametrierte Entwürfe zu optimieren.Ziel dieses Vorhabens ist es, die Leistungsgrenzen in einem feedback-losen Netzwerk basierend auf der gemeinsamen Untersuchung der Bitübertragungsschicht und der Medienzugriffsschicht zu ermitteln und im weiteren Verlauf des Vorhabens geeignete Paketstrukturen und Mechanismen zur Dienstpriorisierung sowie für ein gutartiges Überlastverhalten (graceful degradation) zu entwerfen.Dabei werden die Auswirkungen von Paketkollisionen auf der Bitübertragungsschicht und deren Auflösbarkeit durch zusätzliche Mechanismen wie Frame-Design, Kodierung und Interleaving, Einsatz von gezielter Datenüberlagerung, Mehrfachübertragung in unterschiedlichen Modi, gespreizte Verteilung der Sendeenergie in Zeit- und Frequenzbereich senderseitig sowie ein- und mehrstufige Successive Interference Cancellation empfängerseitig untersucht.Auf der Bitübertragungsschicht sollen dazu die vorteilhaften Eigenschaften von Filterbank-Multicarrier Modulationsverfahren (FBMC) bezüglich der starken zeitlichen und spektralen Eingrenzung der Sendeenergie ausgenutzt werden, um nichtsynchronisierte Pakete im Multi-Access-Channel optimal detektieren und trennen zu können. Die auf der Übertragungsebene gewonnenen Erkenntnisse werden in einen Netzwerksimulator integriert, um damit unterschiedliche Dienstgüteanforderungen, Dienstgüteprotokolle, Knotenkonfigurationen, räumliche Knotenverteilungen in verschiedenen Lastszenarien zu bewerten.Abschließend wird ein auf Software Defined Radio-basiertes Testbed genutzt, um die in der Simulation gewonnenen Ergebnisse messtechnisch zu validieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen