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Bachelorarbeit

Verbesserung von Robustheit und Ausfallsicherheit bei der Datenverarbeitung in IoT-Umgebungen
Betreuer M.Sc. Daniel Del Gaudio
Prüfer Prof. Dr.-Ing. habil. Bernhard Mitschang
Beschreibung

Motivation

Das Internet der Dinge (IoT) besteht aus heterogenen Geräten, ausgestattet mit Sensoren und Aktoren, welche über standardisierte Internetprotokolle kommunizieren, um gemeinsame Ziele zu erreichen [1]. In IoT-Umgebungen werden Daten von Sensoren entnommen und weiterverarbeitet um Aktoren zu steuern. Dadurch können neue Situationen erkannt und zeitnah darauf reagiert werden [2]. Die Verarbeitung der Daten kann durch Datenflussmodelle spezifiziert werden, welche dann von den IoT-Geräten ausgeführt werden können [3]. IoT-Plattformen können dazu verwendet werden, um Software auf verschiedenen Geräten entsprechend ihrer physikalischen Fähigkeiten zu installieren, und deren erzeugte Daten zu überwachen [4]. Um das Verhalten von IoT-Geräten zu überwachen können leichtgewichtige Technologien aus dem Bereich Cloud-Monitoring verwendet werden [5]. IoT-Umgebungen bestehen typischerweise aus einer Vielzahl heterogener Geräte mit eingeschränkten Ressourcen. Dadurch sind IoT-Umgebungen fehleranfälliger als herkömmliche IT- Systeme. Durch ausfallende Geräte gehen Daten verloren und Prozesse werden abgebrochen. Es sind daher Mechanismen notwendig, um mit Ausfällen, Datenverlusten und Verbindungsverlusten umzugehen.

Ziele

In dieser Bachelorarbeit sollen verschiedene Fehlerszenarien in IoT-Umgebungen analysiert und kategorisiert werden. Dazu gehört unter anderem der Ausfall von Geräten, Verlust von Daten und Verlust der Verbindung zu Geräten. Zu jeder Kategorie sollen ein oder mehrere Mechanismen entwickelt werden, um dem jeweiligen Ausfall vorzubeugen bzw. damit umzugehen. Um die Mechanismen zu evaluieren soll ein Prototyp implementiert und auf bereitgestellter Infrastruktur getestet werden.

Die Arbeit umfasst dazu folgende Aufgaben:

  • Einarbeiten in die Themengebiete IoT und Edge Computing
  • Kategorisieren sinnvoll ausgewählter Fehlerszenarien in IoT-Umgebungen (z.B. Ausfall von Geräten, Verlust von Daten, Verlust von Verbindungen zu Geräten)
  • Entwickeln von Mechanismen zur Prävention und Behandlung von jeweiligen Fehlerszenarien
  • Prototypische Implementierung zur Evaluierung der Mechanismen
  • Präsentation der Zwischenergebnisse in einem Vortrag
  • Präsentation der Ergebnisse in einem Vortrag

Literatur

[1] O. Vermesan and P. Friess, Internet of things: converging technologies for smart environments and integrated ecosystems. River Publishers, 2013.
[2] A. C. Franco da Silva, P. Hirmer, M. Wieland, and B. Mitschang, “SitRS XT-Towards Near Real Time Situation Recognition,” Journal of Information and Data Management, vol. 7, no. 1, p. 4, 2016.
[3] D. Del Gaudio and P. Hirmer, “A lightweight messaging engine for decentralized data processing in the internet of things,” SICS Software-Intensive Cyber-Physical Systems, Aug 2019. [Online]. Available: https://doi.org/10.1007/s00450-019-00410-z
[4] A. C. F. da Silva, P. Hirmer, R. K. Peres, and B. Mitschang, “An Approach for CEP Query Shipping to Support Distributed IoT Environments,” in Proceedings of the IEEE International Conference on Pervasive Computing and Communications Workshops (PerCom Workshops). IEEE, Oktober 2018, Konferenz-Beitrag, pp. 247–252. [Online]. Available: http://www2.informatik.uni-stuttgart.de/cgi-bin/NCSTRL/NCSTRL_view.pl?id= INPROC-2018-34&engl=
[5] G. Aceto, A. Botta, W. De Donato, and A. Pescapè, “Cloud monitoring: A survey,” Computer Networks, vol. 57, no. 9, pp. 2093–2115, 2013.