Slot-freie Protokolle für den Verbindungsaufbau in drahtlosen Netzwerken

• Antragsteller: Professor Dr. Samarjit Chakraborty
• Fachliche Zuordnung: Sicherheit und Verlässlichkeit, Betriebs-, Kommunikations- und verteilte Systeme
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 387044055

Für den Verbindungsaufbau in mobilen Ad-Hoc-Netzwerken (MANETS), bei denen alle Teilnehmer durch Batterien versorgt werden, sind stromsparende Protokolle zum Verbindungsaufbau (Neighbor Discovery) unverzichtbar. Solche Protokolle stellen einen ersten Kontakt zwischen zwei Geräten her, um die Systemuhren für einen späteren Datenaustausch zu synchronisieren. Alternativ werden sie auch verwendet, um festzustellen, welche Geräte sich im Empfangsbereich befinden. Um Energie zu sparen, senden oder horchen die Teilnehmer eines Netzwerks nur für kurze Zeitspannen auf einem Kanal, und schlafen in der restlichen Zeit. Das wichtigste Designziel für Protokolle zum Verbindungsaufbau ist, diesen Prozess mit geringstmöglichen Latenzen und so energiesparend wie möglich durchzuführen. Hierbei wird sowohl die Maximallatenz im ungünstigsten Fall, als auch die durchschnittliche Latenz betrachtet. Die meisten in den letzten Jahren vorgestellten Protokolle basieren auf Zeitslots. Die Zeit wird dabei in Slots mit gleicher Länge eingeteilt. In jedem Slot kann ein Gerät entweder schlafen oder senden/empfangen. Sobald sich zwei Slots verschiedener Geräte zeitlich überlappen, ist die Verbindung hergestellt. Ein Protokoll legt die Abfolge an schlaf- und aktiven Slots fest, so dass sich eine deterministische obere Schranke für die Latenz zum Verbindungsaufbau erreichen lässt.In diesem Projekt schlagen wir Protokolle vor, die ohne Zeitslots auskommen. Anders als in Slot-basierten Protokollen sind das senden von Paketen und das horchen auf dem Kanal zeitlich voneinander entkoppelt. Pakete werden mit einer bestimmten Periode gesendet, während mit einer anderen Periode jeweils für eine bestimmte Dauer auf dem Kanal gehorcht wird. Unsere Vorarbeiten haben ergeben, dass sich damit bei gleichem Energieverbrauch wesentlich kürzere Latenzen erzielen lassen. Ziel dieses Projekts ist es, analytische Modelle zu entwickeln, die die Eigenschaften existierender, slotfreier Protokolle exakt beschreiben. Auf Basis dieser Modelle werden neue Protokolle mit besserer Perfomance als die aller existierenden Lösungen entwickelt. Die neu entwickelten Protokolle werden anschließend implementiert, um deren Verhalten und Eigenschaften in realen Netzwerken zu untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen