ETH Zurich : Computer Science : Pervasive Computing : Distributed Systems : Education : Student Projects : Abstract

Mit IPv6 die physikalische Welt erreichen
IPv6 Connectivity to the Physical World (L)

Status: Abgeschlossen

Tmote Sky

Hintergrund

Typischerweise sind drahtlose Sensornetze bisher in sich geschlossene Systeme, die von Grund auf für eine bestimmte Aufgabe programmiert werden. Zwar kann man entfernt auf das Netz zugreifen, jedoch braucht es dazu immer ein passend entworfenes Gateway, das die Anwendung versteht. Auch Entwicklung, Wartung und Verwaltung erweisen sich mit dieser Herangehensweise als schwierig.

Im Rahmen aktueller Forschungsprojekte wurde gezeigt, dass die geschichtete Internet-Architektur auch auf kleinen, eingebetteten Geräten implementiert werden kann und das zuverlässig und effizient. Die neue Version 6 des Internet Protokolls (IPv6) ist mit seinem 128-Bit-Adressraum für "unzählige" Geräte ausgelegt^† und bietet viele Mechanismen zur Skalierung, um die schiere Anzahl an Netzteilnehmern bewältigen zu können.

Erste IPv6-Implementierungen stehen für die Microcontroller-Betriebssysteme TinyOS und Contiki zur Verfügung, sind allerdings noch ein einem frühen Stadium. Die Vision ist, dass durch ein einheitliches, gut verstandenes Übertragungsprotokoll die Systeme robuster und Anwendungen leichter zu entwickeln sein werden. Riesige Sensornetze werden durch die bewährte Architektur verwaltbar und sind direkt von traditionellen IP-Geräten, z.B. PCs oder Smartphones, erreichbar. Das Internet erhält durch die Sensoren (sowie Aktoren) Zugriff auf die physikalische Welt.

^† Mit 128 Bits kann man fast 4*10¹⁸ Geräte pro Quadratmeter Erdoberfläche adressieren. Eine Billion (us-eng. trillion) entspricht gerade mal 10¹². Der Überschuss wird genutzt, um den Adressraum logischer und strukturierter zu gestalten.

AVR Raven

Ziel

In dieser Lab-Arbeit sollen die beiden genannten IPv6-Lösungen für kleine, eingebettete Systeme auf ihre Einsatzfähigkeit geprüft und die erforderlichen Schritte zur Weiterentwicklung identifiziert werden. Daraufhin sollen mit dem gewonnen Wissen die ersten, notwendigen Erweiterungen der Stacks implementiert und entsprechende IPv6-Gateways konfiguriert werden. Zum Testen und Entwickeln stehen die beiden Hardware-Plattformen Tmote Sky und AVR Raven zur Verfügung. Letztendlich soll ein funktionsfähiges IPv6-Sensornetz in Betrieb genommen werden, das vom normalen ETH-Netz aus erreichbar ist. Diese Infrastruktur wird weiteren Arbeiten dienen, um z.B. verschiedene Anwendungsszenarien testen zu können.

Inhalt und Vorgehensweise

• Einarbeitung ins Thema mit Tutorials und aktuellen Publikationen
• Erprobung der IPv6-Lösungen für TinyOS (blip) und Contiki (uIP)
• Dokumentation der Funktionen und Einschränkungen sowie Planung von Erweiterungen
• Implementierung der notwendigen Erweiterungen zur Inbetriebnahme
• Aufbau eines IPv6-Netzes mit mehreren Knoten
• Demonstration durch eine Beispielanwendung
  z.B. Verwaltung durch Standardwerkzeuge (ping, tracert, nmap) oder Zugriff per Web (Browser, REST, AJAX)

Voraussetzungen

• Bearbeitung im Team von 2-3 Studenten
• Kenntnisse der Programmiersprache C
• Allgemeines Wissen zu Übertragungsprotokollen und Netzarchitekturen
• Erfahrung mit IP-Architektur oder hardwarenaher Programmierung von Vorteil