Doctoral Thesis DIS-2010-06

BibliographyDürr, Frank: Geographische Kommunikationsmechanismen auf Basis von feingranularen räumlichen Umgebungsmodellen.
University of Stuttgart : Collaborative Research Center SFB 627 (Nexus: World Models for Mobile Context-Based Systems), Doctoral Thesis (2010).
250 pages, german.
CR-SchemaC.2.1 (Network Architecture and Design)
C.2 (Computer-Communication Networks)
KeywordsGeocast; Lokationsmodell; ortsbezogener Dienst; Kommunikation; Netz; Protokoll
Abstract

Die immer weiter zunehmende Verbreitung von leistungsfähigen mobilen Kommunikationstechnologien und Positionierungssystemen ermöglicht die Realisierung neuartiger geographischer Kommunikationsmechanismen (kurz Geocast). Mit Hilfe von Geocast können Nachrichten an alle Endgeräte in einem bestimmten geographischen Zielgebiet gesendet werden, d.h. die Gruppe der Empfänger wird durch ihren geographischen Aufenthaltsort definiert. Die Anwendungen von Geocast sind vielfältig. So können mit Hilfe von Geocast zum Beispiel Stauinformationen gezielt an alle Fahrzeuge auf einem bestimmten Straßenabschnitt verteilt werden, Touristen können über Sehenswürdigkeiten in ihrer Umgebung informiert werden, oder es können Warnmeldungen oder ortsbezogene Werbeinformationen in bestimmten räumlichen Gebieten verteilt werden.

Im Mittelpunkt dieser Arbeit stehen Geocast-Verfahren, welche die feingranulare ortsbezogene Verteilung von Nachrichten erlauben. Die Hauptbeiträge dieser Arbeit sind zum einen ein feingranulares Lokationsmodell und Adressierungskonzept für Geocast, welche sowohl die Bestimmung und Adressierung von Lokationen durch geometrische Figuren als auch durch symbolische Bezeichner wie Raum- oder Stockwerksnummern ermöglichen. Die Hauptaufgaben des Modells sind neben der Definition der Zielgebiete von Nachrichten und der Empfängerpositionen der Vergleich von Zielgebieten und Empfängerpositionen zur Definition der Empfängermenge. Zum anderen werden skalierbare Geocast-Protokolle für die effiziente Verteilung von Nachrichten vorgeschlagen, welche die notwendige Skalierbarkeit sowohl für die Unterstützung einer großen Anzahl an Lokationen als auch großer Empfängermengen aufweisen.

Das vorgeschlagene Lokationsmodell verwendet ein hybrides Modellierungskonzept, das es ermöglicht, Lokationen sowohl mit symbolischen Bezeichnern als auch geometrischen Beschreibungen zu versehen. Geometrien können dabei sowohl durch zweidimensionale als 2,5-dimensional Figuren modelliert werden. Der symbolisch Teil des Modells basiert auf einer Hierarchie von Lokationen entsprechend der räumlichen Inklusionsbeziehung. Zusätzlich werden strukturelle Regeln für den Aufbau der symbolische Hierarchie eingeführt, die schließlich zu einem verbandsbasierten Modell führen, das im Gegensatz zu einfachen hierarchischen Modellen auch die Möglichkeit zur Definition überlappender Lokationen bietet. Ferner wird die Integration lokaler Lokationsmodelle unterstützt, welche gleichzeitig zur Definition mobiler Zielgebiete, z.B. eines bestimmten Wagens eines Zuges, verwendet werden. Durch die Unterstützung sowohl geometrischer als auch symbolischer Beschreibungen sind spezielle Konzepte zum Vergleich von Zielgebieten und Empfängerpositionen erforderlich. Das vorgeschlagene Modell ordnet hierzu symbolischen Lokationen geometrische Ausdehnungen zu, wobei auch die Approximierung symbolischer Lokationen durch unscharfe Lokationsangaben unterstützt wird.

Der zweite Teil dieser Arbeit widmet sich Ansätzen zur Vermittlung symbolisch adressierter Geocast-Nachrichten. Hier betrachtet die Arbeit zwei grundsätzliche Ansätze: Einen verzeichnisbasierten Ansatz und die Vermittlung von Nachrichten in einem der Internet-Infrastruktur überlagerten Overlay-Netz.

Der verzeichnisbasierte Ansatz bildet zunächst die symbolische Geocast-Adresse auf eine Menge von IP-Adressen ab, welche in einem zweiten Schritt für die Vermittlung genutzt werden. Im zweiten Schritt können die Nachrichten sowohl per IP-Unicast als auch IP-Multicast zugestellt werden. Insbesondere bei größeren Empfängergruppen bietet sich IP-Multicast für die effiziente Vermittlung an. Allerdings stellt Geocast aufgrund der großen Anzahl an notwendigen Multicast-Gruppen für ein feingranulares globales Lokationsmodell entsprechende Anforderungen an die verwendeten Multicast-Protokolle. Es wird daher die Verwendung von explizitem Multicast (Xcast) vorgeschlagen, das sich insbesondere für eine große Anzahl von Gruppen kleiner bis mittlerer Größe eignet.

Die vorgeschlagenen Geocast-Overlay-Netze bestehen aus einer Menge von Geocast-Routern, welche symbolische Adressen interpretieren und daraus die nächsten Router auf dem Weg ins Zielgebiet bestimmen können. Die Grundidee ist dabei die Abbildung des hierarchischen symbolischen Lokationsmodells auf eine entsprechende hierarchische Overlay-Netzstruktur. Entsprechend der vorgeschlagenen Lokationsmodelle wurde ein baumförmiges und eine verbandsbasiertes Geocast-Overlay-Netz entworfen, einschließlich der notwendigen Mechanismen zur Verwaltung (Hinzufügen/Entfernen von Geocast-Routern, Behandlung von Router-Fehlern) der Netze. Als Optimierung der grundsätzlich hierarchischen Netzstrukturen wurden verschiedene Strategien zur Ergänzung der hierarchischen Netze durch zusätzliche Direktverbindungen entworfen.

In der Evaluierung wurde die Effizienz der vorgeschlagenen Ansätze z.B. hinsichtlich der erzielten Nachrichtenpfadlänge nachgewiesen.

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Department(s)University of Stuttgart, Institute of Parallel and Distributed Systems, Distributed Systems
Superviser(s)Rothermel, Kurt
Project(s)SFB-627, A2 (University of Stuttgart, Institute of Parallel and Distributed Systems, Distributed Systems)
Entry dateDecember 12, 2011
   Publ. Computer Science