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An IEEE 802.11 Based Wireless Mesh Disaster Recovery System with Lifetime Enhancement (eBook, PDF)

System Design, Hardware Requirements and Performance Evaluation

Beschreibung

Nach dem Auftreten einer Katastrophe (z.B. eines Erdbebens oder eines Tsunamis) ist eine funktionierende Kommunikationsinfrastruktur eines der Hauptbedürfnisse von Rettungsteams und freiwilligen Helfern, auch bereits in den ersten Stunden nach dem Auftreten des katastrophalen Ereignisses. Das Disaster Recovery-System (DRS), welches in dieser Arbeit vorgeschlagen wird, basiert auf einem IEEE 802.11s Wireless Mesh Network, welches sich aus unbeschädigten, wireless-mesh-fähigen, batteriebetriebenen Geräten zusammensetzt, die im Katastrophengebiet noch verfügbar sind. Wichtige Überlegungen hinsichtlich der Performance eines DRS sind die erforderliche Knotendichte, die Abdeckung, die durch eine gegebene Knotendichte erreicht werden kann, die Skalierbarkeit sowie die Lebensdauer des Systems. Zur Erhöhung der Lebensdauer, welche eine der Schlüsselherausforderungen für das vorgeschlagene batteriebetriebene DRS darstellt, wird ein verteilter Algorithmus vorgeschlagen. Der Ansatz ist hierbei, nicht benötigte Knoten abzuschalten und für einen späteren Zeitpunkt der Verwendung aufzubewahren, während die Netzwerkkonnektivität erhalten bleibt. Dieser Algorithmus basiert auf einem neuartigen Ansatz, bei dem die Entscheidung, wann ein Knoten seinen Zustand vom Ruhezustand zum aktiven Zustand oder umgekehrt ändert, auf der Anzahl der vorhandenen Nachbarknoten des entsprechenden Knotens basiert, was eine einfache Implementierung auf den einzelnen Mesh-Knoten ermöglicht. Die erreichbare Lebensdauerverlängerung wird zunächst durch eine Monte-Carlo-Simulation untersucht. Darauf aufbauend wird die mit dem vorgeschlagenen Lifetime Enhancement-Algorithmus für Disaster Recovery- Systeme (LEA-DRS) erreichbare Netzwerkperformance durch eine Netzwerksimulation mittels des Open-Source Network-Simulators ns-3 validiert. In Netzwerksimulationen ist eine korrekte Repräsentation, insbesondere von Schicht 1 (Physical Layer) und Schicht 2 (Data Link Layer) notwendig, um zuverlässige Ergebnisse zu erzielen, die mit der realen Hardwareperformance vergleichbar sind. Das Wi-Fi-MAC-Modell des Netzwerksimulators ns-3 für Wireless Mesh Networks wird in dieser Arbeit zunächst validiert und es werden geeignete Korrekturmaßnahmen für die aufgetretenen Ungenauigkeiten der implementierten Modelle vorgeschlagen. Des Weiteren werden Verzögerungszeiten, die in jeder Wireless Mesh-Station aufgrund von Software-Ausführungszeiten und des Scheduling-Mechanismus von Tasks in der CPU auftreten, im Modell hinzugefügt. Diese werden durch geeignete Hardwareaufbauten und Messungen von mehreren WLAN-Modulen bestimmt und im Netzwerksimulator realisiert, was schließlich zu Simulationsergebnissen führt, die eine möglichst große Vergleichbarkeit mit in Hardware realisierten Netzwerken erreichen. Die erreichbare Netzwerkperformance wird abschließend validiert, indem ein geeignetes Physical Layer-Modell einschließlich der Verzögerungszeiten und zusätzlicher Hardware-Parameter verwendet wird. Die erzielten Ergebnisse zeigen, dass eine Kommunikation per VoIP in einem Katastrophengebiet mit angemessener Performance und Lebensdauer auf Basis des entwickelten Systems möglich ist.

Technische Details

• Geräte: PC
• ohne Kopierschutz
• Größe: 10.71MB
• FamilySharing(5)

Produktdetails

• Verlag: Cuvillier Verlag
• Seitenzahl: 248
• Erscheinungstermin: 28. August 2019
• Englisch
• ISBN-13: 9783736960527
• Artikelnr.: 57595670