Entwicklung eines Ausfallmodells für IoT-Systeme

Type: Bachelorarbeit
Status: Offen
Beginn: Sofort
Student: N.N.
Tutor: Franziska Kühn
Supervisor: Prof. Dr. Horst Hellbrück

Forschungsgebiet

Im sogenannten Internet der Dinge (IoT) werden physische Objekte mit Kleinstcomputern ausgestattet und in unsere gewohnte Umgebung eingebettet. Es wird erwartet, dass die Anzahl der vernetzten Dinge in den nächsten Jahren gewaltig ansteigen wird. Schätzungen für die nahe Zukunft bzgl. der Zahl der vernetzten Geräte reichen von 26 bis 50 Milliarden rund um das Jahr 2020 [1]; neuere Schätzungen gehen von einem weiteren starken Wachstum mit um die 125 Milliarden Geräten in 2030 aus, von denen 337 Millionen ihren Dienst in medizinischen Anwendungen versehen (siehe bspw. IoT ebook).
 
Die Dinge können oftmals (drahtlos) mit dem Internet kommunizieren und verfügen häufig über Sensorik und Aktuatorik. Dadurch wird es möglich den Zustand der realen Welt in Echtzeit der digitalen Welt zur Verfügung zu stellen und den Zustand der realen Welt über Aktuatoren direkt zu beeinflussen. IoT-Systeme können vielfältig eingesetzt werden und weitreichende, auch sicherheitskritische, Aufgaben übernehmen. Die eingesetzten Systeme in IoT-Umgebungen sind oftmals heterogen, ressourcenbeschränkt (bspw. CPU, Speicher, Energie), hochgradig verteilt und dynamisch sowie selbst häufig unzuverlässig.

Thema der Arbeit/Aufgabenstellung

Im Rahmen dieser Arbeit sollen zunächst typische IoT-Szenarien ermittelt (u.a. im Rahmen von am ITM laufenden Projekten) und dokumentiert werden. Anhand der Szenarien sollen typische Ausfälle (engl. failures), aber auch speziell auf ein Szenario zugeschnittene Ausfälle erarbeitet werden. Typische Ausfälle in IoT-Systemen sind bspw. ein IoT-Knoten fällt aus oder eine Netzwerkverbindung bricht ab. Ergänzend dazu sollen existierende Ausfallmodelle aus dem Bereich verteilter Systeme (insbesondere IoT-Systeme, Wireless Sensor Networks und Cyber-Physical-Systems) ermittelt werden.

Die durch die IoT-Szenarien erarbeiteten möglichen Ausfälle sowie die Ausfälle, die anhand existierender Ausfallmodelle und für IoT-Systeme als zutreffend identifiziert wurden, sollen in ein „Ausfallmodell für IoT-Systeme“ zusammengefasst werden. Dabei sind die möglichen Ausfälle sinnvoll zu formalisieren, strukturieren und klassifizieren. Auch mögliche Mängel eines IoT-Systems sollen dabei berücksichtigt werden. D.h. das IoT-System erfüllt zwar die funktionalen Anforderungen, aber nicht in angemessener Weise. Bspw. könnte es durch zu lange Antwortzeiten nicht möglich sein ein System zu nutzen.

Voraussetzungen

Begriffe wie „verteilte Systeme“ und „Internet of Things“ sollten bekannt und verstanden sein.

Das Kleingedruckte

Nach Einarbeitung und Umsetzung ist die geleistete Arbeit in der eigentlichen Ausarbeitung sorgfältig zu dokumentieren. Der implementierte Code ist vollständig zu kommentieren. Die Ergebnisse werden quelloffen, beispielsweise unter den Bedingungen der Apache-Lizenz 2.0, veröffentlicht. Es sind die Regeln zur Erstellung von wissenschaftlichen Arbeiten des Instituts zu beachten.

Literatur

[1] Tavis C. McCourt, Simon Leopold, Frank G. Louthan IV, Hans Mosesmann, J. Steven Smigie, Terry Tillman, Daniel Toomey, Georgios Kyriakopoulos, Eric Lemus, Brian Peterson, and Alexander Sklar. The Internet of Things - A Study in Hype, Reality, Disruption and Growth. Industry report, Raymond James & Associates, January 2014.