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Zeitsynchronisation in Ad-hoc-Netzwerken

In Ad-hoc-Netzen stellt die verteilte Tick- bzw. Zeitsynchronisation der Netzknoten über mehrere Hops eine anspruchsvolle Aufgabe dar. Die bisher bekannten Verfahren sind dementsprechend recht komplex, generieren eine hohe Netzlast, haben eine lange Konvergenzzeit und sind nicht ausreichend robust gegen Knotenmobilität und Knotenausfall. Für die Synchronisation werden Beacon-Frames verwendet, die im Falle von Kollisionen zerstört und daher erneut versendet werden müssen.

In dem neu entwickelten Verfahren werden die Beacon-Frames durch sogenannte Black Bursts codiert, wodurch sie kollisionsresistent sind und empfängerseitig immer ausgewertet werden können. Dabei startet ein beliebiger Knoten periodisch eine Synchronisationsphase, indem er einen solchen Beacon sendet. Die empfangenden Knoten senden mit exakt definierter Verzögerung einen eigenen Beacon. Dies wird solange fortgesetzt, bis der Netzwerkdurchmesser erreicht ist.

Neben der Effizienz des Verfahrens und der hohen Robustheit gegen Knotenmobilität sowie Knotenausfall resultiert daraus ein weiterer wichtiger Vorteil, denn die Synchronisation des Netzes erfolgt in deterministischer Zeit mit deterministischer Genauigkeit.

Anwendung
Tick- bzw. Zeitsynchronisation aller Knoten in drahtlosen Multi-Hop-Netzwerken, z. B. als Voraussetzung für ein netzweit zeitgeschlitztes Medium für deterministische Quality-of-Service-Garantien und die Synchronisation von Duty-Zyklen.

Vorteile

  • Mit Black Bursts codierte Beacon-Frames werden bei Kollisionen nicht zerstört
  • Es existiert eine deterministische, niedrige obere Schranke für Konvergenzzeit und Genauigkeit
  • Die Komplexität des Verfahrens ist ausschließlich proportional zum Netzwerkdurchmesser und damit deutlich niedriger als bei bisherigen Verfahren
  • Äußerst geringe synchronisationsbedingte Netzlast
  • Alle Knoten eines Netzwerks werden synchronisiert
  • Das Verfahren ist äußerst robust gegen Knotenmobilität und -ausfall

Stand der Entwicklung
Simulation eines ausgedehnten Netzwerks (Netzdurchmesser 29 Hops)

Experimentelle Implementierung auf MICAz Motes in einem Testnetzwerk

Patentstatus
Europäische prioritätsbegründende Anmeldung,
internationale Anmeldungen möglich

Zu vergebende Lizenzen
Herstellung und/oder Vertrieb: national und international, exklusiv oder nicht-exklusiv

Weitere Informationen:
Unser Zeichen: UKL086
(Bei Anfragen bitte angeben)

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Eric Liebold
Trippstadter Straße 110
67663 Kaiserslautern
Tel         +49 (0) 631 / 316 68 - 40
Fax        +49 (0) 631 / 316 68 - 99
E-Mail    liebold(at)img-rlp(dot)de