Fehlerfälle

In Mesh-Netzwerken gibt es eine Vielzahl an möglichen Fehlerfällen wie z.B. Kollisionen von Nachrichten oder andere Störeinflüsse. Diese werden jedoch zumeist schon auf den unteren Schichten des Netzwerkes behandelt. Speziell für das Geocast-Routing sind lediglich Knotenausfälle relevant.

Ausfälle von Clients sind zwar möglich, werden jedoch bereits durch deren Beitreten und Verlassen des Netzes sowie deren Mobilität abgedeckt. Da davon ausgegangen wird, dass die Mesh-Router selbst bereits ein zusammenhängendes Netz bilden, kann ein Client eine Netzpartitionierung nicht verursachen.

Knotenfehler von Mesh-Routern sind stets transient: Falls ein Router ausfällt, ist damit zu rechnen, dass der Betreiber des Mesh-Netzes in endlicher Zeit für Ersatz sorgen wird, um die volle Funktionalität des Netzes wieder herzustellen. Bei einem Ausfall kann die Erreichbarkeit bestimmter Orte eingeschränkt werden. In Extremfällen kann es zu einer Partitionierung des Netzes kommen.

Netzpartitionierungen können nicht mit Mitteln des Netzwerkes selbst behoben werden. Es müssen stets von Benutzern oder Betreibern Knoten so platziert werden, dass die Kommuni-kation zwischen den Paritionen wieder möglich wird. Weiterhin kann es vorkommen, dass Geocast-Domänen partitioniert werden, ohne dass das gesamte Netz partitioniert wurde.

Aufgrund einer angenommenen hohen Dichte von Knoten in Gebieten, in denen sich ty-pischerweise Empfänger von Geocast-Nachrichten aufhalten, ist davon auszugehen, dass dieser Fall nur äusserst selten auftritt.

Durch die Erhöhung der Reichweite des Netzes durch Clients können sich Arme aus dem durch die Infrastruktur abgedeckten Bereich herausbilden, in denen noch immer Zugang zum betrachteten Mesh-Netz möglich ist. Ein mögliches Beispiel hierfür ist eine nahe an der Stadt vorbeiführende Autobahn, auf der viele meshfähige Fahrzeuge verkehren.

Verlassen genügend Knoten an der Wurzel des Armes das Netz, entsteht ein durch Knoten

3.1 Systemmodell

partitioniertes Netz. Dies ist jedoch für die vorliegende Arbeit ohne Bedeutung: Da im Normalfall nur ein begrenzter Bereich durch das Netz abgedeckt wird, ist nicht zu erwarten, dass Orte außerhalb dieses Bereiches per Geocast direkt durch das Netz angesprochen werden sollen. Geocast-Nachrichten an solche Orte müssten typischerweise durch einen Upstream-Provider an ein anderes Netz geschickt werden, das die Verteilung am gewünschten Ort übernimmt.

3.1.3 Lokationsinformationen

Adressformat

Es wird von einem baumförmigen Modell ausgegangen. Lokationsinformationen werden hierarchisch dargestellt (siehe [DR03, DR08, DR06] und Abschnitt 2.5.1). Dabei schließt jeder Präfix einer Lokation die Lokation vollständig ein. Die Namenskomponenten sind prinzipiell Freitext und werden durch Slashes („/“) getrennt. Präfixe werden als Strings abgelegt. Beispielsweise bezeichnet /earth/europe/de/bw/stuttgart/vaihingen/univer-sitaetsstrasse/38/0.353einen der Laborräume im Informatikgebäude der Universität Stuttgart.

Ein geeignetes Verfahren zur Allokation konsistenter Namen wird vorausgesetzt. Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem das Schema /earth/iso-landeskürzel/na-tionaler_bezeichnergewählt wird, wobeinationaler_bezeichnervon einer Institution des jeweiligen Landes vergeben wird. So wird vermieden, dass die Gebäude Universi-tätsstrasse 38 und 39 korrekte, aber inkompatible Namen wie z.B. /earth/europe/de/-bw/stuttgart/vaihingen/universitaetsstrasse/38 und /earth/europe/de/bw/stutt-gart/universitaetsstrasse/39verwenden. Es wird jedoch nicht davon ausgegangen, dass Komponenten, die in Adressen an der gleichen Stelle stehen, einen ähnlichen Bereich be-schreiben. Eine Adresse wie /earth/north_america/us/san_francisco/UCSF ist ebenso möglich wie die angegebenen Adressen, die noch ein Bundesland enthalten.

Ortsbestimmung

Lokationsinformationen werden unabhängig vom Mesh-Netz über räumlich beschränkte Kommunikation zwischen Mesh-Clients und Markern bekannt gemacht. Solche Marker können z.B. RFID-Tags, Funkbojen mit extrem geringer Reichweite oder per Kamera zu erfassende Barcodes sein.

Die Marker können in Räumen (z.B. an Türrahmen, in der Decke) oder Objekten in der Umgebung (Briefkästen, Lichtmasten,...) angebracht werden. Alle mit Geocast adressierbaren Clients haben die Möglichkeit, solche Marker in ihrer Umgebung zu erkennen und die darin gespeicherten Lokationsinformationen auszulesen.

Unter Normalbedingungen haben Marker eine Reichweite von nur wenigen Metern. Dies ist ausreichend für eine raumgenaue Bestimmung des Standortes. Die Speicherkapazität

3 Systemmodell & Anforderungen

der Marker wird als groß genug angenommen, um den kompletten Präfix der Lokation zu speichern. Angesichts der Verfügbarkeit von RFID-Tags bzw. 2D-Barcodes mit Speicherplatz in der Größenordnung von mehreren hundert Bytes erscheint diese Annahme realistisch.

Mesh-Router haben keine Möglichkeit, Marker auszulesen. Jedoch können sie bei ihrer Installation mit einer oder mehreren Lokationen, die sich in ihrer Funkreichweite befinden, vorkonfiguriert werden, falls das verwendete Geocast-Protokoll Lokationsinformationen auf Mesh-Routern erfordert. Ebenso ist es möglich, dass Mesh-Router ihre Lokation(en) durch Beobachten des Netzes lernen können; genauere Überlegungen hierzu finden sich in Abschnitt4.2.

Verkehrsmodell

Einen wesentlichen Einfluss auf die Qualität eines Geocast-Protokolls hat ein der Verkehrs-charakteristik angepasstes Design. Wenn Geocasts nur sporadisch versendet werden, ist die zusätzliche Latenz durch ein reaktives Protokoll wie AODV problemlos zu verkraften. Falls jedoch häufig Geocasts mit wechselnden Quellen versendet werden, wird das Mesh-Netz möglicherweise durch häufiges Fluten vonRREQs lahmgelegt. In diesem Falle lohnt es sich, eher auf ein proaktives Verfahren analog zu AODV-Multicast oder OLSR umzusteigen.

Da jedoch bisher alle Versuche mit Geocast nur in Simulationen stattfanden, liegen keine Informationen zu realen Verkehrscharakteristiken von Geocast-Nachrichten vor. Für die im Folgenden entwickelten Protokolle und die anschließenden Simulationen wird daher folgendes Modell angenommen:

Sender Es wird erwartet, dass es einige wenige Knoten gibt, die als eine Art Nachrichtenzen-tralen sehr häufig sehr viele Geocast-Nachrichten versenden. Beispielsweise kann ein Knoten in einem Verkehrslagezentrum Staumeldungen in betroffene Gebiete verteilen.

Das Gros der Knoten wird lediglich vereinzelt Nachrichten senden.

Empfangsbereiche Geocast-Nachrichten werden voraussichtlich hauptsächlich an eine be-grenzte Menge von Präfixen gesendet, z.B. in bestimmte Räume oder Gebäude. In den meisten Gebieten ergibt sich nur ein sehr schwacher Geocast-Traffic.

3.2 Anforderungen

Im Rahmen dieser Arbeit sollen Geocast-Routingprotokolle für das oben genannte Systemmo-dell entworfen und analysiert werden. Die entworfenen Protokolle sollen effizient arbeiten, müssen jedoch lediglich einen Best-Effort-Dienst zur Verfügung stellen. Die folgenden Abschnitte stellen diese Anforderungen genauer zusammen.

3.2 Anforderungen