Zuverlässigkeit in unidirektionalen WSNs

Mit dem Aufkommen von IoT (Internet of Things) spielen vor allem drahtlose Sensornetzwerke (Wireless Sensor Networks, WSNs) eine immer wichtigere Rolle, da sie die Interaktion mit der Umgebung in vielen Bereichen wie z.B. Gebäude- und Heimautomation erleichtern. Hierzu ist in der Regel eine zuverlässige Kommunikation notwendig, d.h. es ist sicherzustellen, dass Datenpakete innerhalb einer bestimmten Zeit (Deadline) empfangen werden. Ebenso müssen Komplexität und somit Kosten und Energieverbrauch gering gehalten werden, da Sensorknoten typischerweise batteriebetrieben sind und in großer Stückzahl eingesetzt werden.

Hierzu bietet es sich an, unidirektionale Kommunikation zu nutzen, d.h. Sensorknoten können nur senden oder empfangen, aber nicht beides. Da somit keine Mechanismen wie Carrier Sensing, Acknowledgements und Retransmissions möglich sind, werden Komplexität, Kosten, Energieverbrauch und Kommunikationsaufwand erheblich reduziert. Allerdings steigt so auch die Unzuverlässigkeit des Netzes, da Paketverluste wahrscheinlicher werden. Um dieses Problem zu lösen, untersuchen wir MAC-Protokolle (Medium Access Control) wie z.B. DEEP (DEtermistic dEpendable Protocol) und RARE (RAndom REaliable protocol). Diese basieren auf dem Prinzip, Daten mehrfach redundant als sogenannte Sequenzen zu übertragen. Auf diese Weise entstehen bei sorgfältig bzw. zufällig gewählten Abständen zwischen den Übertragungen robuste Sendemuster, welche eine zuverlässige Kommunikation ermöglichen.

Im Gegensatz zu bestehenden Lösungen aus der Literatur verfolgen die vorgeschlagenen Protokolle keinen Best-Effort-Ansatz, sondern bieten ein analytisches Framework zum Berechnen und Konfigurieren der Leistung des Netzwerkes an (d.h. Zuverlässigkeit, Energieverbrauch usw.). Darüber hinaus basieren die beiden Protokolle auf verbesserten Modellen, die unterschiedliche Knotentypen mit unterschiedlichen Dealines, Paketlängen, etc. erlauben, was zu einer gesteigerten Leistung führt.