Sensornetze stellen eine neuartige Technologie dar, deren Realisierung erst durch technische
Fortschritte der letzten Jahre, wie die Entwicklung immer kleinerer Computerkomponenten,
ermöglicht wurde. Im Vergleich zu herkömmlichen Computer-Netzwerken bestehen Sensornetze
aus einer vergleichsweise großen Anzahl von Knoten. Mittels diverser Sensoren sind die Knoten
imstande, Ereignisse in ihrer Umgebung wahrzunehmen.
Die Aufgabe der Sensorknoten ist die Beobachtung der Umwelt und das Berichten besonderer
Ereignisse an eine Basisstation. Sensornetze stellen somit eine Verbindung zwischen der realen
Welt und der informationstechnischen Welt der Computer dar [1].
Sensornetze müssen zur Selbstorganisation im Stande sein: Zum einen erschwert die große Anzahl
der Knoten eine effektive Wartung. Zum anderen existieren Ans¨atze, um Sensornetze in schwer
zugänglichen Gebieten fernab der Zivilisation einzusetzen. Sensorknoten werden i. Allg. mittels
einer Batterie betrieben. Falls sie keine Möglichkeit - wie z.B. Solarzellen - besitzen, um sich
wieder aufzuladen, ist ihre Lebenszeit begrenzt.
Auf dem Weg bis zur Integration dieser Technologie in unser allt¨agliches Leben sind noch zahlreiche
Herausforderungen zu l¨osen. Ein Mittel dazu k¨onnte Schwarmintelligenz darstellen.
Schwarmintelligenz ist ein Konzept, welches durch Verhaltensweisen von Schw¨armen (besonders
die von Ameisen bei der Nahrungssuche) inspiriert wurde. Das Ziel dieses Ansatzes ist es, spezielle
Verhaltensweisen zu imitieren und in technischen Anwendungen somit auch deren Vorteile
zu nutzen. Bei Schwärmen entsteht scheinbar intelligentes Verhalten aufgrund der Interaktionen
der einzelnen Individuen, welche selbst nur ein einziges, individuelles Ziel verfolgen. Durch die
spezielle Art der Interaktion wird der Schwarm zu mehr als nur der Summe seiner einzelnen
Teile. Ein besonderer Vorteil im Hinblick auf die technische Umsetzung dieses Verhaltens ist
die Tatsache, dass Individuen in Schwärmen größtenteils ohne direkte Kommunikation auskommen.
In verteilten Systemen stellt Kommunikation, ganz abgesehen von den damit verbundenen
Problemen der zeitlichen Verzögerung, auch einen Ressourcen belastenden Prozess dar.
[...]
Inhaltsverzeichnis
- 1 Einleitung
- 1.1 Motivation
- 1.2 Ziele
- 1.3 Probleme
- 1.4 Aufbau der Arbeit
- 2 Grundlagen
- 2.1 Sensornetze
- 2.1.1 Einsatzgebiete
- 2.1.2 Design
- 2.1.3 Besonderheiten
- 2.1.4 Kommunikation
- 2.1.5 Technologien
- 2.1.6 Anwendungen
- 2.2 Schwarmintelligenz
- 2.2.1 Selbstorganisation und Emergenz
- 2.2.2 Modellierung schwarmbasierter Verhaltensweisen
- 2.2.3 Mechanismen
- 2.2.4 Vorteile
- 2.2.5 Schwarmbasierte Anwendungen
- 2.2.6 Ausblick . .
- 2.1 Sensornetze
- 3 Routing in Sensornetzen
- 3.1 Allgemeine Konzepte .
- 3.1.1 Fluten und Gossiping
- 3.1.2 Multipath-Routing
- 3.1.3 Aggregation.
- 3.1.4 Energiebewusstes Routing
- 3.2 Strategien
- 3.2.1 Datenzentrisches Routing
- 3.2.2 Lokationsbewusstes Routing.
- 3.2.3 Hierarchisches Routing.
- 3.2.4 Andere Arten von Routing
- 3.3 Systeme
- 3.3.1 Cougar
- 3.3.2 TinyDB
- 3.3.3 TiNA
- 3.4 Verwandte Arbeiten
- 3.4.1 Schwarmbasiertes Multipath-Routing in MANETs
- 3.4.2 Schwarmintelligenz in Sensornetzen.
- 3.4.3 Amorphous Computing
- 3.4.4 Andere
- 3.1 Allgemeine Konzepte .
- 4 Ein schwarmbasierter Routing-Algorithmus für Sensornetze
- 4.1 Anforderungen an den Algorithmus . .
- 4.2 Bestimmung eines angestrebten Schwarmverhaltens
- 4.2.1 Energieeffizientes Multipath-Routing
- 4.2.2 Ein Ansatz für Sensornetze
- 4.3 Interaktionsmechanismen
- 4.3.1 Etablierung von Pfaden: Erforschen und Fluten
- 4.3.2 Positives und negatives Feedback
- 4.3.3 Aggregation.
- 4.4 Strategie des Algorithmus
- 4.4.1 Reguläre Arbeitsweise
- 4.4.2 Erweiterungen
- 5 Implementierung
- 5.1 Eingesetzte Software
- 5.1.1 OTcl.
- 5.1.2 Der Netzwerk-Simulator ns-2
- 5.1.3 C++.
- 5.2 Routing-Agent
- 5.3 Pakete
- 5.4 Vergleichs-Algorithmus
- 5.1 Eingesetzte Software
- 6 Simulation und Evaluierung
- 6.1 Simulationsszenarien
- 6.1.1 Aufbau
- 6.1.2 Parameter des Schwarm-Algorithmus
- 6.2 Vergleich der Algorithmen
- 6.2.1 Topologie T1
- 6.2.2 Topologie T2
- 6.1 Simulationsszenarien
- 7 Zusammenfassung
- 7.1 Bewertung.
- 7.2 Ausblick
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die Arbeit untersucht die Anwendung von Schwarmintelligenz im Bereich des Multipath-Routings in Sensornetzen. Ziel ist es, einen neuen, schwarmbasierten Routing-Algorithmus zu entwickeln, der die besonderen Herausforderungen von Sensornetzen, wie begrenzte Energie, begrenzte Bandbreite und dynamische Topologie, bewältigt.
- Energieeffizientes Multipath-Routing
- Selbstorganisation und Emergenz in Sensornetzen
- Anwendungen von Schwarmintelligenz in drahtlosen Netzwerken
- Simulation und Evaluierung von Routing-Algorithmen
- Vergleich mit bestehenden Routing-Strategien
Zusammenfassung der Kapitel
Das erste Kapitel bietet eine Einleitung zum Thema Schwarmbasiertes Multipath-Routing in Sensornetzen. Es werden die Motivation, die Ziele und die Herausforderungen der Arbeit vorgestellt. Kapitel 2 behandelt die Grundlagen von Sensornetzen und Schwarmintelligenz. Es werden die Eigenschaften von Sensornetzen, die Funktionsweise von Schwarmintelligenz und die Anwendung von Schwarmintelligenz in anderen Bereichen erläutert. Kapitel 3 beleuchtet das Routing in Sensornetzen und stellt verschiedene Routing-Konzepte und -Strategien vor. Es werden auch verwandte Arbeiten zu schwarmbasiertem Multipath-Routing und Schwarmintelligenz in Sensornetzen diskutiert. Kapitel 4 präsentiert einen neuen, schwarmbasierten Routing-Algorithmus für Sensornetze. Es werden die Anforderungen an den Algorithmus, das angestrebte Schwarmverhalten und die Interaktionsmechanismen des Algorithmus erläutert. Kapitel 5 beschreibt die Implementierung des Algorithmus und die eingesetzte Software. Kapitel 6 behandelt die Simulation und Evaluierung des Algorithmus. Es werden verschiedene Simulationsszenarien vorgestellt und der Algorithmus mit anderen Routing-Algorithmen verglichen. Kapitel 7 fasst die Ergebnisse der Arbeit zusammen und gibt einen Ausblick auf zukünftige Forschungsarbeiten.
Schlüsselwörter
Sensornetze, Schwarmintelligenz, Multipath-Routing, Energieeffizienz, Selbstorganisation, Emergenz, Routing-Algorithmen, Simulation, Evaluierung.
- Citation du texte
- Dipl.-Inf. Christopher Hase (Auteur), 2006, Schwarmbasiertes Multipath-Routing in Sensornetzen, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/116792
