Um vielfältige Anwendungen in drahtlosen Multihop-Netzen im Randbereich des Internets bereitzustellen, ist es notwendig, alle vier elementaren Kommunikationsmuster Punkt-zu-Punkt (1:1), Punkt-zu-Mehrpunkt (1:N), Mehrpunkt-zu-Punkt (M:1) und Mehrpunkt-zu-Mehrpunkt (M:N) optimal zu unterstützen. Hierzu werden Transitionen zwischen Mechanismen auf der Bitübertragungsschicht (PHY), der Sicherungsschicht (MAC) und der Vermittlungsschicht (NET) in einem schichtenübergreifenden Ansatz unter Berücksichtigung der Anwendungsanforderungen erforscht. In Phase I von MAKI lag der Fokus in Teilprojekt C1 plangemäß auf den Kommunikationsmustern 1:1 und 1:N. Es wurde ein transitionsfähiges, schichtenübergreifendes Optimierungsrahmenwerk (TSOR) entworfen, das die optimale Mechanismenkombination auf den Schichten PHY, MAC und NET unter Berücksichtigung der Anforderungen und Eigenschaften der jeweiligen Anwendung findet. Dies wurde durch den Entwurf neuer sowie die effiziente Nutzung existierender Netzunterstützungsstrukturen (Korridor, Baum, Butterfly) erzielt. Netzunterstützungsstrukturen werden durch gezieltes Auswählen von Knoten für die Kommunikation gebildet und schaffen vorteilhafte Bedingungen für das Finden optimaler Mechanismenkombinationen. Das Netzwerk wird mittels Transitionen in den gewünschten Arbeitspunkt überführt. Eine Transition ist das Umschalten zwischen zwei äquivalenten Mechanismen, z. B. zwischen PHY-Unicast und PHY-Multicast oder zwischen Baum und Butterfly. Die Validierung der vorgeschlagenen Lösungsansätze erfolgte analytisch, mittels Simulation und experimenteller Evaluation in einem SDWN-Testbed auf Basis von SDRs. Im Ergebnis konnten signifikante Systemgewinne im Vergleich mit dem Stand der Forschung erzielt werden.
In der zweiten Phase werden transitionsfähige Mechanismen auf den Schichten PHY, MAC und NET sowie deren Zusammenwirken unter erweiterten Annahmen erforscht. Hierzu werden Transitionen zwischen Mechanismen um die folgenden Aspekte erweitert: Die weiteren Kommunikationsmuster M:1 und M:N werden einbezogen, sodass alle vier elementaren Kommunikationsmuster gleichzeitig unterstützt werden. Dies ermöglicht die Unterstützung neuartiger Anwendungen (z. B. Video-Komposition, Telepräsenz, Caching, kooperative Sensordatenerhebung), deren Anforderungen und Eigenschaften in die Optimierung einfließen müssen. Um die entsprechende Optimierung in die Praxis umsetzen zu können, werden effiziente Multihop-Kontrollmechanismen erforscht, die eine schnelle Verbreitung von Kontrollinformationen und Transitionsentscheidungen und damit den effizienten Betrieb von Software-definierten PHY-, MAC- und NET-Mechanismen ermöglichen.
Weiterhin werden externe Umgebungsbedingungen zusätzlich zu den bisher schon betrachteten Netzzustandsinformationen in die Optimierung von Transitionen einbezogen. Auf Basis prognostizierter Umgebungsänderungen erlaubt dies proaktive Transitionen.
Ein Fokus ist die Erforschung Software-definierter MAC-Mechanismen, die den effizienten Betrieb verschiedener koexistenter Multi-Mechanismen in drahtlosen Multihop-Netzen gewährleisten. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf der möglichst optimalen Konfiguration adaptiver MAC-Mechanismen und weitergehend auf der automatischen Generierung von MAC-Mechanismen, die jeweils auf ein bestimmtes Szenario angepasst werden.
Zusätzlich wird die gleichzeitige Unterstützung aller vier elementaren Kommunikationsmuster und der Umgang mit den hierdurch hervorgerufenen Konkurrenzsituationen hinsichtlich der Netzwerkressourcen untersucht. Analog zur ersten Phase des SFB werden die entworfenen Lösungen analytisch, mittels Simulation sowie realitätsnah mittels experimenteller Evaluation in einem SDWN-Testbed hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit, wie etwa Durchsatz, Energiebedarf oder Latenz bewertet.
Somit deckt Teilprojekt C1 innerhalb des SFB MAKI die unteren Protokollschichten PHY, MAC und NET in drahtlosen Netzen ab. Die in C1 erforschten Lösungen ermöglichen proaktive Transitionen für koexistente Multi-Mechanismen auf den unteren Schichten. Maße für die Leistungsfähigkeit verschiedener Mechanismenkombinationen auf den unteren Schichten werden bestimmt und den höheren Schichten zur Verfügung gestellt, um gemeinsam mit den anderen MAKI-Teilprojekten transitionsfähige Systeme optimal zu betreiben.
