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    <id>2448</id>
    <completedYear>2012</completedYear>
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    <completedDate>2012-07-11</completedDate>
    <publishedDate>--</publishedDate>
    <thesisDateAccepted>2012-07-04</thesisDateAccepted>
    <title language="eng">Energy-efﬁcient means to support short end-to-end delays in wireless sensor networks</title>
    <title language="deu">Energieeffiziente Unterstützung von kurzen Ende-zu-Ende-Latenzen in drahtlosen Sensornetzen</title>
    <abstract language="eng">This work addresses tough challenges of sensor network applications with Quality of Service requirements. That is, nodes must work with batteries for a long time, support short end-to-end delays and robust communication in multi-hop networks. It starts with presenting previous research efforts that address such challenges. For instance, many Medium Access Control (MAC) protocols keep nodes mostly sleeping to save energy and synchronize wake-up times for communication. Although such protocols offer short end-to-end delays, they still suffer from long idle listening and shortened lifetimes. The main reasons are the long time needed to detect an idle channel and inefficient ways of dealing with clock drift. This work introduces novel solutions to these problems, mainly at Layer 2 of the OSI model, that significantly reduce idle listening. First, nodes predict future drift and reduce the time needed to compensate clock uncertainty among neighbors. Second, they quickly detect an idle channel and power down the transceiver. In some scenarios, nodes work 30% longer owing to these solutions. To tackle problems with unreliable wireless links, sensor nodes may apply various solutions at Layer 2. For example, with Automatic Repeat reQuest (ARQ) protocol they send retries on frame losses, resulting in extra energy consumption. This work examines the impact of ARQ on the lifetime and on the reception rate. Several indoor and outdoor experiments showed that with only 1-2 retries nodes can handle many communication problems. Besides, owing to the idle-listening reduction, mentioned previously, ARQ shortens the lifetime by 10% only. Although this work addresses particular applications, the solutions presented here can be used in other scenarios and with different protocols. For instance, the energy-efficient drift compensation approach can be directly used in any schedule-based MAC protocols, like the one based on the IEEE 802.15.4 standard. Besides, any protocol can benefit from the solution to the idle-listening reduction based on the early detection of idle channel. Finally, owing to the analytical model that estimates the lifetime of nodes, researches and developers can early evaluate MAC protocols running on various hardware platforms.</abstract>
    <abstract language="deu">Diese Arbeit beschäftigt sich mit den Herausforderungen von Sensornetzanwendungen mit Quality-of-Service-Anforderungen. Die Sensorknoten in einer solchen Anwendung müssen über einen langen Zeitraum mit Batterien auskommen und gleichzeitig kurze Ende-zu-Ende-Verzögerungen und zuverlässigen Datenversand in einem Multi-Hop-Netzwerk unterstützen. Zunächst werden bisherige Forschungsarbeiten zu diesem Thema vorgestellt. Viele Medienzugriffsprotokolle (MAC) lassen die Knoten die meiste Zeit "schlafen", um Energie zu sparen, und synchronisieren die Wachzeiten, um Kommunikation zwischen den Knoten zu ermöglichen. Solche Protokolle unterstützen zwar kurze Ende-zu-Ende-Verzögerungen, jedoch wird aufgrund von sogenanntem Idle Listening (Abhören des Funkkanals und Warten auf Nachrichten) nur eine kurze Lebensdauer erreicht. Dies liegt zum einen daran, dass zuviel Zeit benötigt wird um festzustellen, dass das Medium inaktiv ist und zum anderen an ineffizienten Verfahren für die Kompensation der Uhrendrift. Diese Arbeit stellt neue Lösungen für diese Probleme vor, die das Idle Listening erheblich reduzieren und hauptsächlich auf der Schicht 2 des OSI-Modells implementiert werden. Erstens berechnen die Knoten die zukünftige Uhrendrift ihrer Nachbarn, wodurch Unsicherheiten bzgl. der Drift beseitigt werden. Zweitens wird die nötige Zeit für die Erkennung eines inaktiven Mediums und dem Abschalten des Transceivers verringert. Die Lebensdauer der Knoten kann damit um bis zu 30% gesteigert werden. Es gibt unterschiedliche Ansätze - implementiert in der OSI-Schicht 2 - um mit der Unzuverlässigkeit der drahtlosen Kommunikation umgehen. Bei Automatic Repeat reQuest (ARQ) z.B. werden Pakete bei Verlust noch einmal gesendet. Dies erhöht jedoch den Energieverbrauch. Die Auswirkungen von ARQ auf die Lebensdauer und die Empfangsrate wird daher in dieser Arbeit untersucht. Experimente haben gezeigt, dass schon ein bis zwei Wiederholungen ausreichen, um die meisten Kommunikationsprobleme zu beseitigen. Aufgrund der Verkürzung des Idle Listenings durch die oben genannten Lösungen verkürzt ARQ die Lebensdauer nur um 10%. Obwohl diese Arbeit nur bestimmte Anwendungen betrachtet, können die hier vorgestellten Lösungen auch in anderen Szenarieren und auf andere Protokolle angewandt werden. Zum Beispiel kann das energieeffiziente Verfahren zur Kompensation der Uhrendrift direkt in vielen MAC-Protokollen verwendet werden, z.B. im IEEE 802.15.4 MAC. Zudem kann jedes Protokoll von der Lösung für die schnelle Erkennung eines inaktiven Mediums und der daraus resultierenden Reduktion des Idle Listenings profitieren. Schließlich können Forscher und Entwickler das vorgestellte analytische Modell nutzen, um die Lebensdauer eines Sensornetzes beim Einsatz verschiedener MAC-Protokolle zu berechnen.</abstract>
    <identifier type="urn">urn:nbn:de:kobv:co1-opus-25299</identifier>
    <identifier type="opus3-id">2529</identifier>
    <author>Marcin Brzozowski</author>
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      <value>Rechnernetz</value>
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      <value>Drahtloses Sensorsystem</value>
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      <value>Verteiltes System</value>
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      <value>Kommunikationsprotokoll</value>
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      <value>Drahtlose Kommunikation</value>
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      <value>Sensornetze</value>
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      <value>Kurze Latenzen</value>
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      <value>Uhrendrift</value>
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      <value>Medienzugriff</value>
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      <value>Wireless communication</value>
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      <value>Sensor networks</value>
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      <value>Short delay</value>
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      <value>MAC</value>
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    <collection role="ddc" number="004">Datenverarbeitung; Informatik</collection>
    <collection role="collections" number="">Wiss. Publikationen</collection>
    <collection role="old_institute" number="">LS Sicherheit in pervasiven Systemen</collection>
    <collection role="institutes" number="">FG Sicherheit in pervasiven Systemen</collection>
    <thesisPublisher>BTU  Cottbus - Senftenberg</thesisPublisher>
    <thesisGrantor>BTU Cottbus - Senftenberg</thesisGrantor>
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    <completedYear>2023</completedYear>
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    <completedDate>2023-09-18</completedDate>
    <publishedDate>--</publishedDate>
    <thesisDateAccepted>2023-05-03</thesisDateAccepted>
    <title language="eng">Strategies for increasing maximum throughput and reducing latency in tree-based WSNs</title>
    <title language="deu">Strategien zur Steigerung des Datendurchsatzes und zur Reduzierung der Latenz in drahtlosen Sensornetzwerken mit baumartiger Topologie</title>
    <abstract language="eng">This thesis deals with strategies for achieving high data throughput in wireless sensor networks that use a time division multiple access (TDMA) scheme to resolve medium access. The thesis uses a multi-sided approach that deals not only with the scheduling algorithm but also with the network layer and the interference model. The thesis proposes four solutions that significantly improve data throughput, fairness, and latency  in the considered scenario.&#13;
The thesis starts with an overview of state-of-the-art medium access control (MAC) protocols, emphasizing TDMA. Based on this overview, it is concluded that not much space for improvement is left in the field of schedule calculation algorithms; many such algorithms are proposed up to date, and they can achieve schedule lengths close to the theoretical minimum. However, the research also reveals a lack of in-detail evaluation and comparison of these algorithms; this makes choosing the most suitable algorithm for a particular application hard and performance estimation inaccurate. Therefore, an extensive evaluation of state-of-the-art TDMA protocols using simulations and over 200 randomly generated networks was performed to tackle this issue. The results allow choosing an appropriate algorithm and estimating performance for each specific application.&#13;
Next, the problem of multiple packet transmissions during a single time slot is analyzed. State-of-the-art TDMA protocols assume that one packet can be transmitted in each slot and optimize the number of slots each node gets under this assumption. However, when nodes can transmit more than one packet, the performance of such a schedule is impaired. To solve this, the M-TreeMAC protocol is proposed; this protocol considers the actual number of packets transmitted in a time slot and optimizes the schedule accordingly. Furthermore, it is observed that the routing topology heavily impacts the schedule length created using this algorithm; an algorithm that optimizes the topology to result in the shortest schedule when M-TreeMAC is used is proposed, increasing benefits even further.&#13;
Finally, the accuracy of the 2-hop interference model, commonly used by state-of-the-art TDMA scheduling algorithms, is studied and simulated using a realistic radio model based on measurement results. The results show high packet loss ratios for packets traveling a large number of hops to reach the sink. The adaptive interference model is proposed to improve the 2-hop interference model. The proposed model can increase throughput significantly in networks with a height of ten or more hops.</abstract>
    <abstract language="deu">Diese Promotion befasst sich mit Strategien zur Erzielung eines hohen Datendurchsatzes in drahtlosen Sensornetzwerken, die ein Zeitmultiplexverfahren (TDMA) verwenden, um den Medienzugriff zu regeln. Die Arbeit verwendet einen komplexen Ansatz, der sich nicht nur mit dem Scheduling-Algorithmus, sondern auch mit der Netzwerkschicht und dem Interferenzmodell befasst. Die Arbeit schlägt vier Lösungen vor, die den Datendurchsatz, die Fairness und die Latenz im betrachteten Szenario signifikant verbessern.&#13;
Die Promotion beginnt mit einem Überblick über aktuelle MAC-Protokolle (Medium Access Control) mit Schwerpunkt auf TDMA. Basierend auf dieser Übersicht wird der Schluss gezogen, dass im Bereich der Berechnungen durch Schedule Algorithmen nicht viel Raum für Verbesserungen verbleibt. Viele solcher Algorithmen werden bis heute vorgeschlagen, und sie können Schedule-Längen nahe dem theoretischen Minimum erreichen. Die Forschung zeigt jedoch auch einen Mangel an detaillierter Bewertung und Vergleich dieser Algorithmen; dies macht die Auswahl des am besten geeigneten Algorithmus für eine bestimmte Anwendung schwierig und die Leistungsschätzung ungenau. Daher wurde eine umfassende Bewertung von TDMA-Protokollen nach dem Stand der Technik unter Verwendung von Simulationen und über 200 zufällig generierten Netzwerken durchgeführt, um dieses Problem anzugehen. Die Ergebnisse ermöglichen die Auswahl eines geeigneten Algorithmus und die Abschätzung der Leistung für jede spezifische Anwendung. &#13;
Als nächstes wird das Problem mehrerer Paketübertragungen während eines einzelnen Zeitschlitzes analysiert. TDMA-Protokolle nach dem Stand der Technik gehen davon aus, dass in jedem Schlitz ein Paket übertragen werden kann, und optimieren die Anzahl von Schlitzen, die jeder Knoten unter dieser Annahme erhält. Wenn Knoten jedoch mehr als ein Paket übertragen können, wird die Leistung eines solchen Zeitplans beeinträchtigt. Um dies zu lösen, wird das M-TreeMAC-Protokoll vorgeschlagen. Dieses Protokoll berücksichtigt die tatsächliche Anzahl der in einem Zeitschlitz übertragenen Pakete und optimiert den Zeitplan entsprechend. Darüber hinaus wird beobachtet, dass die Routing-Topologie die mit diesem Algorithmus erstellte Zeitplanlänge stark beeinflusst. Ein Algorithmus, der die Topologie optimiert, um bei Verwendung von M-TreeMAC den kürzesten Zeitplan zu erzielen, wird vorgeschlagen.&#13;
Schließlich wird die Genauigkeit des 2-Hop-Interferenzmodells untersucht und unter Verwendung eines realistischen Funkmodells basierend auf Messergebnissen simuliert. Die Ergebnisse zeigen hohe Paketverlustquoten für Pakete, die eine große Anzahl von Sprüngen durchlaufen, um die Senke zu erreichen. Das adaptive Interferenzmodell wird vorgeschlagen, um das 2-Hop-Interferenzmodell zu verbessern. Das vorgeschlagene Modell kann den Durchsatz in Netzwerken mit zehn oder mehr Hops erheblich steigern.</abstract>
    <identifier type="doi">10.26127/BTUOpen-6498</identifier>
    <identifier type="urn">urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-64986</identifier>
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    <licence>Creative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International</licence>
    <author>Aleksandar Ilić</author>
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      <language>eng</language>
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      <value>WSN</value>
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      <value>TDMA</value>
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      <value>Throughput optimization</value>
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      <value>Drahtlose Sensornetzwerke</value>
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      <value>Interferenz</value>
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      <language>deu</language>
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      <value>Maximierung des Datendurchsatzes</value>
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      <value>Zeitmultiplexverfahren</value>
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      <value>Drahtloses Sensorsystem</value>
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      <value>Funkübertragung</value>
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      <value>Energieeffizienz</value>
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    <collection role="ddc" number="003">Systeme</collection>
    <collection role="collections" number="">Wiss. Publikationen</collection>
    <collection role="institutes" number="">FG Drahtlose Systeme</collection>
    <thesisPublisher>BTU  Cottbus - Senftenberg</thesisPublisher>
    <thesisGrantor>BTU Cottbus - Senftenberg</thesisGrantor>
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    <completedYear>2016</completedYear>
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    <completedDate>2016-07-29</completedDate>
    <publishedDate>--</publishedDate>
    <thesisDateAccepted>2016-06-30</thesisDateAccepted>
    <title language="eng">On the applicability of short key asymmetric cryptography in low power wireless sensor networks</title>
    <title language="deu">Über die Anwendbarkeit asymmetrischer Kryptographie mit kurzen Schlüsseln in drahtlosen Sensornetzwerken</title>
    <abstract language="eng">The growing popularity of Wireless Sensor Networks (WSN) makes the spectrum of their applications very wide. A great number of the application areas like health monitoring or military applications require a high level of security and dependability from the wireless sensor network. Solving these issues can be supported by providing cryptographic solutions into WSN applications. Since the WSNs mainly consist of low power devices, cryptographic solutions ideal for WSNs should provide computationally lightweight security mechanisms producing small data packets and ensuring confidentiality. Cryptographic mechanisms that have both these features are considered in this thesis, which main objective is the analysis of the applicability of the short key elliptic curve cryptography in WSN environments. Reduced key lengths require modification of the standard ECC security algorithms to provide authentication and also a novel solution for a cryptographic secure pseudo-random number generator. The proposed solution is based on the standard ECC, but it differs in several aspects. The main difference is that the parameters of the used elliptic curve have to be kept secret. This is due to the fact that solving the Discreet Logarithm Problem (DLP) for such short parameters can be done in short time. Additionally, using shorter parameters for the underlying elliptic curves excludes also the use of standard hash functions, what mainly influences the mechanisms for generating the digital signature. Hash functions require large input values and produce relatively large output data that is inapplicable in the shortECC environment. Thus, within this thesis a modified version of standard Elliptic Curves Digital Signature Algorithm is proposed, which does not require any hash function. The shortECC needs pseudo-random numbers in the encryption and the digital signature protocols, but since it operates on numbers that are significantly shorter than the ones used by other cryptographic approaches, pseudo-random number generators for standard approaches are not suitable for shortECC. Thus, the new pseudo-random number generator not involving any additional hardware besides the modules available on the used test platform and operating on 32-bit long integers, is proposed. The randomness of the numbers generated by the proposed algorithm and their applicability for cryptographic purposes was evaluated using the NIST test suites. The shortECC approach was also subjected to cryptanalysis in order to proof its security and determine the circumstances and constraints for its application.</abstract>
    <abstract language="deu">Die große Popularität drahtloser Sensornetzwerke ist vor allem auf deren großes Anwendungsspektrum zurückzuführen. Viele Anwendungsbereiche wie die Telemedizin zur Patientenüberwachung oder auch Anwendungen für das Militär haben jedoch sehr hohe Anforderungen an die Sicherheit und Zuverlässigkeit solcher drahtlosen Netzwerke. Kryptographische Verfahren können helfen diese Anforderungen zu erfüllen. Drahtlose Sensornetzwerke bestehen allerdings oft aus energielimitierten Geräten. Entsprechend sind kryptographische Verfahren gefordert, die den Anforderungen an eine hohe Sicherheit und Zuverlässigkeit bei niedrigem Energieverbrauch genügen, d.h. leichtgewichtige kryptografische Operationen sowie die Übertragung kleiner Datenmengen. Der Fokus dieser wissenschaftlichen Arbeit liegt auf der Untersuchung von Ansätzen, die beiden Eigenschaften erfüllen. Hauptziel dabei ist die Analyse der Anwendbarkeit kryptografischer Verfahren in drahtlosen Sensornetzwerken, die auf elliptischen Kurven mit kurzen Schlüsseln basieren (shortECC).Verkürzte Schlüssellängen erfordern dabei Modifikationen der Standardalgorithmen für Kryptografie mit Elliptischen Kurven (Elliptic Curve Cryprography – ECC), um Authentifikation zu gewährleisten sowie auch eine neue Lösung für den kryptografischen Pseudozufallszahlengenerator bereitzustellen. Die vorgeschlagene Lösung (shortECC) basiert auf dem Standard ECC, unterscheidet sich aber in einigen wesentlichen Aspekten: Der Hauptunterschied liegt in der Geheimhaltung verschiedener Parameter, die im Standard ECC in der öffentlichen Domäne vorkommen. Das ist vor allem dadurch begründet, dass die Lösung des diskreten mit solchen kurzen Schlüsseln für den Standard ECC sehr einfach wäre. Zudem schließt für die vorgesehene Schlüssellänge von 32-bit beziehungsweise 64-bit die Verwendung der Standard Hash-Funktionen aus. Hash-Funktionen nehmen große Daten als Eingang und produzieren Werte, die für den Einsatz in der shortECC Umgebung zu groß sind. Dies beeinflusst hauptsächlich die Algorithmen für die Generierung von Digitalen Signaturen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Algorithmus vorgestellt und evaluiert, der keine Hash-Funktion erfordert. Bei den shortECC Algorithmen werden Zufallszahlen für die Verschlüsselung und das Generieren einer Digitalen Signatur benutzt. Da aber die Standardansätze von kryptografischen Zufallszahlgeneratoren für die kurzen Zahlen nicht immer geeignet sind, wurde eine neue und sehr effiziente Lösung für einen sicheren Pseudozufallszahlengenerator vorgestellt und evaluiert. Der vorgeschlagene Generator verwendet keine zusätzliche Hardwaremodule, kann aber verschiedene Hardwaremodule zum Initialisieren nutzen. Die Qualität der generierten Zufallszahlen für kryptografische Zwecke wurde mit der NIST Test Suite mit einem sehr positiven Ergebnis evaluiert. Der vorgeschlagene shortECC-Ansatz wurde auch mit kryptoanalytischen Methoden untersucht, um die angebotene Sicherheit aber auch die Schwachpunkte und Umstände, in welchen diese entstehen, zu ermitteln.</abstract>
    <identifier type="urn">urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-39453</identifier>
    <licence>Keine Lizenz vergeben. Es gilt das deutsche Urheberrecht.</licence>
    <author>Anna Sojka-Piotrowska</author>
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      <language>eng</language>
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      <value>ECC</value>
    </subject>
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      <value>Sensor Networks</value>
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      <value>PRNG</value>
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      <language>eng</language>
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      <value>Lightweight cryptography</value>
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      <language>deu</language>
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      <value>Elliptische Kurven</value>
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      <value>Drahtlose Sensornetze</value>
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    <subject>
      <language>deu</language>
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      <value>Zufallszahl Generator</value>
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      <language>deu</language>
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      <value>Drahtloses Sensorsystem</value>
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      <value>Zufallsgenerator</value>
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    <collection role="ddc" number="003">Systeme</collection>
    <collection role="collections" number="">Wiss. Publikationen</collection>
    <collection role="institutes" number="">FG Sicherheit in pervasiven Systemen</collection>
    <thesisPublisher>BTU  Cottbus - Senftenberg</thesisPublisher>
    <thesisGrantor>BTU Cottbus - Senftenberg</thesisGrantor>
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    <completedYear>2010</completedYear>
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    <completedDate>2010-11-16</completedDate>
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    <thesisDateAccepted>2010-07-06</thesisDateAccepted>
    <title language="eng">Definition and configuration of reliable event detection for application in wireless sensor networks</title>
    <title language="deu">Definition und Konfiguration zuverlässiger Ereigniserkennung zur Anwendung in drahtlosen Sensornetzen</title>
    <abstract language="eng">Ubiquitous systems based on wireless sensor networks will amazingly increase our quality of life. These systems are to be deployed in large areas with high density where hundreds or thousands of nodes are used. Certainly that demands to use low cost devices with limited resources, which in turn are prone to faulty behaviour. This work introduces a novel concept for wireless sensor network configuration considering fault tolerance, energy efficiency and convenience as primary goals while being tailored to user needs. It allows to ignore low-level details like node resources, network structures, node availability etc. and enables the programmer to work on a high abstraction level, namely the event itself including event related constraints. The definition of events characterising real world phenomena is of prominent use in sensor networks. The presented concept autonomously configures and monitors events, even if it requires to organise collaboration between nodes to deliver the results. The contribution of this work is threefold. An intuitive XML-based ESL simplifies event configuration to a level that is even suitable for non-professionals. It features hardware independent description elements to define complex phenomena and enhances these by tailor-made voting schemes and application constraints. Based on that, a novel, fully decentralised mechanism to autonomously set up distributed event detection called EDT and a cost efficient means to maintain such EDT, are presented. EDTs can be efficiently constructed on every device by using a tiny generating finite state machine requiring eight states only. It enables every node to self-divide event queries according to its own resources and self-adapt to the tasks assigned. Simultaneously, the EDT provides the interface for efficient collaboration using a lease-based publish/subscribe approach. The simulations clearly show that this concept works well and the applied collaboration scheme outperforms even idealised acknowledgement-based approaches. On top of the EDT, a means is developed that enhances the reliability of detection beyond the scope of Boolean event decision. It examines behavioural trends in sensor readings to indicate the significance of actual measurements in relation to the configured event. Measured data is investigated in detail to finally attach a significance indicator "is" to each event. This automatically generated indicator shall support users or overlaying systems in decision-making. In the example scenario based on data of real test cases, the "is" indicates a flaming fire 88 seconds and a smouldering fire 48 seconds before the threshold-based method triggers the alarm.</abstract>
    <abstract language="deu">Drahtlose Sensornetze stellen eine Informationstechnologie dar, deren ubiquitäre Verwendung unsere zukünftige Lebensweise entscheidend beeinflussen und verbessern kann. Der massenhafte Einsatz solcher Systeme bedingt strengste Einschränkungen in Kosten und Ressourcen und führt damit zu einer verringerten Zuverlässigkeit der einzelnen Sensorknoten und des gesamten Sensornetzes. Diese Arbeit führt ein neuartiges Konzept zur Konfiguration von drahtlosen Sensornetzen ein. Die Schwerpunkte liegen dabei auf Fehlertoleranz und Energieeffizienz unter besonderer Berücksichtigung von Verbraucherfreundlichkeit und Komplexität. Es erlaubt dem Nutzer auf einem hohen Abstraktionsniveau zu arbeiten, ohne niedrigstufige Details wie Sensor-Ressourcen, Netzwerkstrukturen, Verfügbarkeit der Knoten usw. beachten zu müssen. Die Beschreibung physikalischer Phänomene als Events findet breite Anwendung bei der Programmierung von Sensornetzen. Das vorgestellte Konzept konfiguriert und beobachtet einmalig definierte Events vollautomatisch, auch wenn dazu kooperative Beziehungen zwischen verschiedenen Sensorknoten notwendig sind. Die Arbeit besteht aus 3 Hauptteilen. Eine intuitive auf XML basierende Sprache zur Definition von Events vereinfacht die Konfiguration der Sensornetze auf ein Niveau, das auch für konventionelle Nutzer angemessen ist. Es besitzt hardware-unabhängige Elemente zur Definition von komplexen Phänomenen (Events) und erweitert diese durch maßgeschneiderte Verfahren zum Mehrheitsentscheid (Voting) und verfeinerte Ausführungsbedingungen. Darauf aufbauend wird ein neuartiger, komplett dezentraler Mechanismus zur autonomen verteilten Event Erkennung, genannt Event Entscheidungsbaum (EDT), vorgestellt. EDTs werden auf sehr effiziente Weise auch auf kleinsten Geräten durch einen generierenden endlichen Automaten mit lediglich acht Zuständen erstellt und verwaltet. Der EDT ermöglicht es jedem Sensorknoten, sich auf Grundlage seiner verfügbaren Ressourcen die übermittelten Aufgaben selbstständig einzuteilen und zu konfigurieren. Gleichzeitig bildet er die Schnittstelle für effiziente Zusammenarbeit zwischen mehreren Knoten mittels eines Lease-basierten Publish/Subscribe Verfahrens. Die Aufwandsschätzungen und Simulationen zeigen deutlich, dass dieses Verfahren sehr effizient arbeitet und sogar idealisierte auf Bestätigungen (Acknowledgements) basierende Verfahren deklassiert. Zusätzlich wurde ein Verfahren entwickelt und getestet, das die Zuverlässigkeit in der Erkennung von Events über die üblichen, auf Schwellwerten basierenden, Methoden hinaus steigern kann. Es untersucht den Trend vergangener Messwerte um die Relevanz aktueller Messwerte in Relation zum Event zu ermitteln. Daraus ergibt sich ein Indikator für die Signifikanz des Messwerts ("is"). Dieser automatisch generierbare Indikator soll Nutzer oder höherrangige Systeme bei Entscheidungen und weiteren Aktionen unterstützen. In der vorgestellten Beispielanwendung, die auf Daten aus realen Testläufen basiert, indiziert "is" ein flammendes Feuer 88 Sekunden und einen Schwelbrand 48 Sekunden vor den auf Schwellwerten basierten Methoden, die erst entsprechend später einen Alarm auslösen.</abstract>
    <identifier type="isbn">978-3-8322-9445-8</identifier>
    <identifier type="urn">urn:nbn:de:kobv:co1-opus-19602</identifier>
    <identifier type="opus3-id">1960</identifier>
    <enrichment key="OtherNotes">Dissertation ist erschienen im: &lt;a href="http://www.shaker.de"&gt;Shaker Verlag&lt;/a&gt;</enrichment>
    <author>Steffen Ortmann</author>
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      <value>Drahtloses Sensorsystem</value>
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      <value>Verbraucherfreundlichkeit</value>
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      <value>Drahtlose Sensornetze</value>
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      <value>Wireless Sensor Networks</value>
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    <collection role="ddc" number="004">Datenverarbeitung; Informatik</collection>
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    <thesisPublisher>BTU  Cottbus - Senftenberg</thesisPublisher>
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    <completedDate>2012-05-30</completedDate>
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    <thesisDateAccepted>2011-12-13</thesisDateAccepted>
    <title language="eng">Tool-supported development of secure wireless sensor networks</title>
    <title language="deu">Werkzeugunterstützte Entwicklung von sicheren drahtlosen Sensornetzwerken</title>
    <abstract language="eng">The development of secure systems is already a very challenging task. In the domain of wireless sensor networks this challenge is even aggravated by severe constraints of the sensor node devices and the exposed character of the networks. To cope with this issue, this thesis proposes a tool-supported development flow named configKIT, that helps users to integrate secured applications in the domain of Wireless Sensor Networks. It is a component-based framework that selects and composes configurations of hardware and software components for WSN applications from high-level user requirements, automatically. Therefore, the composition process utilizes a flexible meta-model to describe properties of the components, the requirements, and the system semantics, which allows the assessment of the behavior of the composed system. Based on this modeling technology five practical security models are investigated, which base on different technical views on a general security ontology for WSNs. Each model is discussed theoretically and practically, based on a practical integration in the configKIT framework. The configuration toolkit and the security models are finally evaluated by applying the techniques developed to the non-trivial example of secure in-network aggregation. The evaluation shows that all five practical security models developed in this thesis work correctly and with reasonable model overhead. These results promote the notion of a practically applicable toolkit to configure secure applications in WSNs.</abstract>
    <abstract language="deu">Die Entwicklung sicherer Systeme ist eine sehr anspruchsvolle Aufgabe. Im Bereich der drahtlosen Sensornetze wird diese durch die eingeschränkten Ressourcen noch erschwert. Hier setzt diese Arbeit an, die einen werkzeugunterstützten und modellbasierten Entwurfsprozess vorstellt. Dieser ermöglicht es, ausgehend von fertigen Komponenten automatisch Anwendungen zu generieren, die den Anforderungen der Anwendung bzw. des Anwendungsentwicklers genügen. Insbesondere unterstützt dieser Ansatz eine ganzheitliche Betrachtung und Bewertung von Sicherheitsaspekten. Für die Einschätzung der Erfüllung der Anforderungen können dabei flexibel austauschbare Modelle zur Bewertung verschiedenster funktionaler und nicht-funktionaler Aspekte instanziiert werden. Für den Aspekt Sicherheit werden in der Arbeit mehrere konkrete Bewertungsmodelle basierend auf unterschiedlichen Sichten auf ein generelles Sicherheitsmodell für drahtlose Sensornetze hergeleitet sowie deren Modellierungs- und Anwendungseigenschaften diskutiert. Am praktischen Beispiel der sicheren In-Netzwerk-Aggregation wird abschließend die Qualität und Aussagekraft sowie der notwendige Modellierungsaufwand für jeden dieser Ansätze bewertet. Diese Evaluierung unter Verwendung der in dieser Arbeit implementierten Werkzeuge demonstriert nicht nur die generelle Zweckmäßigkeit des werkzeugunterstützten Ansatzes sondern auch, dass bereits relativ einfach zu implementierende qualitative Sicherheitsmodelle eine gute Repräsentation der Sicherheitsproblematik bieten und somit zukünftig helfen können die Sicherheit in drahtlosen Sensornetzen zu erhöhen.</abstract>
    <identifier type="urn">urn:nbn:de:kobv:co1-opus-24671</identifier>
    <identifier type="opus3-id">2467</identifier>
    <author>Steffen Peter</author>
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      <value>Drahtloses Sensorsystem</value>
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      <value>Drahtlose Sensor Netzwerke</value>
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      <value>Sicherheit</value>
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    <collection role="ddc" number="004">Datenverarbeitung; Informatik</collection>
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    <thesisPublisher>BTU  Cottbus - Senftenberg</thesisPublisher>
    <thesisGrantor>BTU Cottbus - Senftenberg</thesisGrantor>
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    <completedDate>2012-02-27</completedDate>
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    <thesisDateAccepted>2011-12-13</thesisDateAccepted>
    <title language="eng">Assessment of the feasibility of distributed shared memory and data consistency for wireless sensor networks</title>
    <title language="deu">Die Abschätzung der Machbarkeit von verteilten gemeinsamen Speicher und Datenkonsistenz für Drahtlose Sensornetzwerke</title>
    <abstract language="eng">Wireless sensor networks (WSNs) are built of cheap, resource constraint devices, capable to collect process and communicate data. WSN applications depend on the data they collect. In other words, the applications require the data to be available, even if some WSN nodes fail. The challenge is that nodes are prone to fail and todays WSNs do not provide highly reliable data storage. Thus, the quality of the service provided by the system, regarding the data handling, is one of the most important factors. Data replication increases the availability of the data and thus, the robustness and quality of the data storage. But the existence of several copies of data items in the WSN induces the data consistency to become of high importance in order to ensure proper behavior of the application. This work investigates the feasibility of data consistency models used in distributed shared memory in WSNs to provide more powerful distributed systems with reliable data exchange. As a starting point WSNs and consistency approaches are introduced. Based on those basics, the mechanisms needed to allow for data consistency are discussed as a theoretical framework for the prototypical implementation of a data consistency providing middleware, which was implemented as part of this work. The middleware adapts the mechanisms known from original memory consistency approaches to be usable in the sensor network area and proposes own, low cost mechanisms, as well. The latter are at least partially based on the idea that within the shared memory of WSNs information is the major concern and that by that the replica update rates can be tailored to the application. In order to allow for ease of use of the middleware the replication schemes and consistency mechanisms can be defined by the application engineer as a policy. The latter is transformed and injected into the middleware code by a pre-compiler, so that the application engineer no longer needs to implement replication and consistency mechanisms herself. The most appropriate memory consistency models are implemented and evaluated using the framework proposed in this thesis.</abstract>
    <abstract language="deu">Drahtlose Sensornetze (wireless sensor networks, WSN) bestehen aus kostengünstigen, ressourcenbeschränkten Sensorknoten, die zum Sammeln, Verarbeiten und Kommunizieren von Daten geeignet sind. Die Anwendungen drahtloser Sensornetze hängen stark von den zu sammelnden Daten ab. D.h. die Daten müssen im Falle eines möglichen Ausfalls eines einzelnen Sensorknotens trotzdem zur Verfügung stehen. Die Schwierigkeit besteht darin, dass die Knoten fehleranfällig sind und heutige WSN keinen hochverlässigen Datenspeicher zur Verfügung stellen. Somit ist die vom System bereitgestellte Servicequalität bezüglich der Datenbearbeitung einer der wichtigsten Faktoren. Die Replikation der Daten erhöht die Datenverfügbarkeit und damit die Robustheit und Qualität der Datenspeicherung. In WSN existieren mehrere Kopien einzelner Daten, die dazu führen, dass die Konsistenz der Daten von enormer Wichtigkeit ist, um das gewünschte Verhalten der Applikation zu gewährleisten. Diese Arbeit untersucht die Machbarkeit von Modellen bezüglich Datenkonsistenz, welche in verteiltem gemeinsamen Speicher in drahtlosen Sensornetzen verwendet werden, um leistungsstärkere verteilte Systeme mit einem zuverlässigen Datenaustausch bereitzustellen. Zu Beginn werden der Begriff drahtlose Sensornetze und die verschiedenen Konsistenzansätze vorgestellt. Basierend auf diesen Grundlagen werden die Mechanismen, welche zur Datenkonsistenz benötigt werden, vorgestellt und diskutiert. Diese Diskussion dient als theoretischer Rahmen zur prototypischen Implementierung von Datenkonsistenz, die Middleware zur Verfügung stellt. Die Middleware wurde als Teil dieser Arbeit implementiert. Die Middleware adaptiert Mechanismen, bekannt aus den Ansätzen zur Speicherkonsistenz, um sie im Sensornetzbereich nutzbar zu machen und schlägt zusätzlich eigene kostengünstige Mechanismen vor. Letztere basieren zumindest teilweise auf der Idee, dass innerhalb des gemeinsamen Speichers von WSN Nachrichten der Hauptbezugspunkt sind. Die Aktualisierungsraten der replizierten Daten können auf die Anwendung zugeschnitten werden. Um Nutzerfreundlichkeit der Middleware zu erreichen, können die Replikationsschemata und Konsistenzmechanismen vom Anwendungsentwickler als Policy definiert werden. Letzteres wird transformiert und durch einen Pre-Kompiler in den Code der Middleware eingefügt, so dass der Anwendungsentwickler nicht länger Replikations- und Konsistenzmechanismen selbst implementieren muss. Die geeignetsten Speicherkonsistenzmodelle werden unter Nutzung des in dieser Arbeit vorgestellten Frameworks implementiert und evaluiert.</abstract>
    <identifier type="urn">urn:nbn:de:kobv:co1-opus-23718</identifier>
    <identifier type="opus3-id">2371</identifier>
    <author>Krzysztof Piotrowski</author>
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