Verbindungsaufbau in drahtlosen Netzwerken: Von zwei zu mehreren und asymmetrischen Teilnehmern

• Antragsteller: Dr.-Ing. Philipp Heinrich Kindt
• Fachliche Zuordnung: Sicherheit und Verlässlichkeit, Betriebs-, Kommunikations- und verteilte Systeme
• Förderung: Förderung von 2022 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 492661503

Im Internet der Dinge ist eine energieeffiziente drahtlose Kommunikation von größter Bedeutung, um ausreichend lange Batterielaufzeiten zu erzielen, oder um Geräte mittels Energy-Harvesting betreiben zu können. Insbesondere die Prozedur zum Aufbau von drahtlosen Verbindungen ist sehr energiehungrig. Dies erschwert besonders Applikationen, bei denen ständig nach neu hinzukommenden Geräten in der Umgebung gesucht wird und daher die Prozedur zum Verbindungsaufbau dauerhaft ausgeführt werden muss. Für den Verbindungsaufbau sendet jedes Gerät regelmäßig Pakete in den drahtlosen Kanal. Zudem wird mit kurzen Empfangsfenstern regelmäßig nach eingehenden Paketen anderer Geräte gesucht. Um Strom zu sparen, gehen alle Geräte immer dann in einen Energiesparmodus, wenn sie nicht empfangen oder senden. Sobald ein Paket zeitgleich mit einem Empfangsfenster eines anderen Geräts gesendet wird, ist der erste Kontakt hergestellt und eine Verbindung kann aufgebaut werden. Ziel ist es, bei einem gegebenen Energie-Budget schnellstmöglich einen ersten Kontakt zu garantieren. Hierfür muss die zeitliche Abfolge an Paketen und Empfangsfenstern optimiert werden. Für den Fall eines Senders und eines Empfängers bestehen hierbei Lösungen mit beweisbar optimaler Performance. Sobald allerdings mehrere Geräte an der Prozedur zum Verbindungsaufbau teilnehmen, dominieren kollidierende Pakete das Geschehen. In solchen Szenarien ist es unklar, wie optimale Sequenzen von Paketen und Emfpangsfenstern aussehen. Zudem gibt es - auch für Szenarien mit nur zwei Geräten - keine optimalen Protokolle, die es jedem Teilnehmer erlauben, sein Energie-Budget für den Verbindungsaufbau selbstständig zu ändern. Beide Fälle sind für das Internet der Dinge, mit seiner zunehmenden Zahl an heterogenen Geräten mit verschiedenen Arten der Stomversorgung, von höchster Relevanz. Ziel dieses Projektes ist es, die theoretischen Grundlagen für einen effizienten Verbindungsaufbau in solchen Fälle zu schaffen, und darauf basierend praktische Protokolle zu entwickeln. Diese sollen eine deutlich höhere Performance als existierende Lösungen erreichen. Zudem evaluieren wir unsere Ergebnisse mit ereignisorientierten Simulationen und Experimenten mit drahtlosen Transcievern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen