Eine wesentliche Funktion drahtloser Sensornetze (Wireless Sensor Networks, WSN) besteht darin, applikationsrelevante Informationen (etwa Ereignisse oder Zustandsinformationen) zu erfassen und zu übertragen. An diese Informationen, ihre Verarbeitung und ihre Übertragung spezifizieren WSN-Anwendungen unterschiedliche und sich im Laufe der Zeit verändernde Zuverlässigkeitsanforderungen, die wesentlich über die Umsetzung der Informationsübertragung realisiert werden. Im Laufe ihres Betriebs sehen sich WSN mit einer Vielzahl operationaler Störungen (z.B. dem Verlust von Sensorik, Konnektivität oder adäquater Energieversorgung) konfrontiert, die im Hinblick auf Sicherstellung einer hinreichenden Zuverlässigkeit der Informationsübertragung zu berücksichtigen sind. Bestehende Ansätze zur Gewährleistung einer zuverlässigen Informationsübertragung in WSN haben die Maximierung der Zuverlässigkeit zum Ziel. Sie ignorieren dabei die Variabilität der Zuverlässigkeitsanforderungen und erreichen dadurch eine Überapproximation der realen Anforderungen, die eine teils unnötig überhöhte Belastung der Systemressourcen (z.B. in Form erhöhten Energiebedarfs) zur Folge hat, sobald die maximal erzielte Zuverlässigkeit den real erforderlichen Grad an Zuverlässigkeit übersteigt. Vor dem Hintergrund dieser Problematik beschreibt die vorliegende Arbeit einen neuartigen generalisierten Ansatz zur Umsetzung zuverlässiger Informationsübertragung in WSN. Der präsentierte Ansatz ist für verschiedenartige WSN-Applikationen anwendbar, bietet justierbare Zuverlässigkeit der Informationsübertragung und berücksichtigt sich dynamisch verändernde operationale Bedingungen des Netzwerks. Die vorliegende Arbeit modelliert und vergleicht bestehende Umsetzungen der Informationsübertragung, um entscheidende Faktoren bei der Sicherstellung seiner Zuverlässigkeit zu identifizieren. Wir zeigen die wesentlichen Probleme dieser Ansätze auf und präsentieren Lösungen zur Umsetzung anwendungsspezifischer Zuverlässigkeitsanforderungen. Der in der vorliegenden Arbeit entwickelte generische Ansatz für die Informationsübertragung besitzt einen modularen Aufbau, der einen flexiblen Austausch seiner Komponenten (etwa zur Integration bestehender alternativer Mechanismen) ermöglicht. Die Generizität des Ansatzes wird sichergestellt, indem WSN-Anwendungen klassifiziert werden und die Informationsmodelle dieser verallgemeinerten WSN-Anwendungsklassen abgeleitet und den präsentierten Betrachtungen zugrunde gelegt werden. Wir erzielen justierbare Zuverlässigkeit durch die Kombination zweier Techniken: Probabilistic Forwarding und Opportunistic Suppression zu übertragender Information. Zur Erkennung von Informationsverlusten bei der Übertragung wird ein hybrider Acknowledgement-Mechanismus vorgeschlagen, der implizite und explizite Acknowledgements effizient kombiniert. Um Zuverlässigkeit durchgängig über sämtliche Stufen der Informationsübertragung sicherzustellen, werden Heuristiken zur Assoziation von Zuverlässigkeit zu atomaren Teilstrecken drahtloser Übertragung (Hops) und justierbare Mechanismen zur wiederholten Übertragung für Knoten des WSN entwickelt. Sofern Sensorknoten über Wissen zur räumlichen Korrelation zu übertragender Information verfügen, passen sie die Anzahl wiederholter Übertragungen an die Anzahl der Ursprungsknoten dieser Information an. Eine weitere Voraussetzung justierbarer Zuverlässigkeit ist Congestion Control, das in dieser Arbeit in einem proaktiven Ansatz durch Überwachung des an Sensorknoten ein- und ausgehenden Informationsflusses realisiert wird. Falls ein Congestion-Zustand erkannt wird, werden Mechanismen zur Aufteilung des Informationsflusses über mehrere Pfade aufgezeigt, die diesem Problem entgegenwirken. Für den Fall, dass der Congestion-Zustand dennoch weiterhin besteht, wird eine Adaption der Übertragungsrate vorgenommen. Die mit dem Sensornetz-Simulator TOSSIM erzielten Simulationsergebnisse zeigen, dass der in dieser Arbeit entwickelte Ansatz eine Reihe unterschiedlicher Anwendungen mit sich entwickelnden Zuverlässigkeitsanforderungen unterstützt, flexibel auf sich verändernde operationale Bedingungen des Netzwerks reagiert und, in der Kombination dieser Eigenschaften, bestehende Lösungen übertrifft. Der präsentierte Ansatz reduziert ferner die Anzahl erforderlicher Übertragungen beträchtlich, um eine effiziente Lösung des betrachteten Problems sicherzustellen. | German |