Adaptives Clustering in Wireless-Mesh-Netzwerken

Diplomarbeit aus dem Jahr 2010 im Fachbereich Informatik - Angewandte Informatik, Note: 1.0, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, Sprache: Deutsch, Abstract: Klassische Drahtlosnetzwerke sind nicht dynamisch ausgerichtet und bei steigender Anzahl der Teilnehmer wenig skalierbar. Abhilfe schaffen hier drahtlose Multi-Hop Netzwerke: Anstelle eines zentralen Koordinators bilden die Teilnehmer selbst das Netzwerk durch das Weiterleiten von Datenpaketen über mehrere Sprünge hinweg. Prominente Beispiele dieses Konzepts sind Mobile Ad-Hoc Netzwerke (MANETs), welche die spontane Vernetzung von Netzwerkteilnehmern ohne grundlegende Infrastruktur erlauben. MANETs sind dynamisch ausgerichtet und unterliegen je nach Mobilität der Knoten starken Topologieschwankungen, wodurch keine Qualitätgarantien der zur Verfügung gestellten Netzwerkleistungen gegeben werden können und keine feste Existenzdauer des Netzwerks vorgegeben ist. Wireless-Mesh-Netzwerke (WMNs) sind ebenfalls Vertreter der Multi-Hop Netzwerke mit dem Fokus auf einer stabilen Grundinfrastruktur und einer langfristigen Ausrichtung. Mittels meist geplanter Standorte für festinstallierte Zugangspunkte, welche oftmals an das Internet angebunden sind, wird eine stabile Netzwerktopologie geschaffen, die durch andere Teilnehmer einerseits genutzt und andererseits durch diese erweitert werden kann.

Da Wireless-Mesh-Netzwerke skalierbar sind und ihrer Größe keine Beschränkungen gesetzt werden sollen, sind hierarchische Strukturen von Nöten, welche den Verwaltungsaufwand des Netzwerks reduzieren. Ein Mittel um die Netzwerktopologie hierarchisch zu strukturieren ist das sogenannte Clustering: Mittels eines lokal oder global ausgeführten Algorithmus werden die Knoten des Netzwerks in logische Gruppen unterteilt, welche die Cluster bilden und eine effiziente Verwaltung der gebildeten Strukturen erlauben. Es existieren eine Vielzahl von verschiedenen Cluster-Algorithmen, welche aber meistens auf die eher instabilen und dynamischen Topologien von MANETs ausgerichtet sind und die vorhandene stabile Infrastruktur von WMNs nicht adäquat nutzen. Gleichzeitig ist die maximale Distanz, gemessen in Netzwerksprüngen, eines einzelnen Netzwerkteilnehmers von vornherein festgelegt und damit statisch an den zu Grund liegenden Algorithmus gebunden.

Ziel dieser Arbeit ist es, Verfahren für effizientes Clustering in Wireless-Mesh-Netzwerken zu entwickeln, welche einerseits das stabile Grundgerüst der WMNs in Betracht ziehen und andererseits eine automatische Anpassung an sich ändernde Netzwerkeigenschaften erlauben.