In der vorliegenden Arbeit wurde in mehreren Schritten die Basis für ein Quality-Of-Service-Routing-Protokoll in einer Clustering-Umgebung erarbeitet und ein solches Protokoll implementiert.
In Kapitel 2 wurden zunächst die Grundlagen für diese Arbeit erläutert und bereits existierende Routing- und QoS-Protokolle vorgestellt. Anschließend wurde das Intracluster-Protokoll, auf dem die Arbeit aufbaut und die Umgebung, in der die Simulation der Protokolle stattfindet, erläutert.
Im dritten Kapitel wurde ein Propagationsverfahren für Topologiedaten entwickelt, das allen am mobilen Netzwerk teilnehmenden Knoten eine aktuelle und möglichst komplette Sicht auf die Netzwerkstruktur bietet und dafür die ansonsten ungenutzten Zeitschlitze des Clustering-Protokolls verwendet.
Dieses Verfahren funktioniert selbst unter ungünstigen Bedingungen wie Knotenmobilität und Netzbelastungen über 90% und erlaubt den Knoten dabei, präzises Wissen über mehr als zwei Drittel des Netzes zu haben, während die Informationen über den Rest zwar veraltet, aber nicht komplett irreführend sind.
Aufbauend auf der Weltmodell-Propagation wurde ein Routingverfahren entwickelt, um Datenpakete zwischen beliebigen Knoten auszutauschen. Die Topologiedaten des Weltmodells werden dabei auf jedem teilnehmenden Knoten verwendet, um die kürzeste Route für ein Datenpaket zu bestimmen und das Paket auf dieser Route weiterzuleiten. Das Zusammenspiel der Stationen erlaubt es somit, Datenpakete über Entfernungen zu versenden, die deutlich die Sende-Reichweite eines einzelnen Knotens übersteigen.
Obwohl dieses Verfahren die meisten versendeten Pakete zustellt, gibt es weder Bandbreitengarantien, noch kann mit einer Obergrenze für die Paket-Laufzeit gerechnet werden, da diese von der Auslastung des Netzwerks abhängt.
Aus diesen Gründen wurde im vierten Kapitel ein Verfahren ausgearbeitet, bei dem mit Hilfe von Reservierungen Bandbreite und Latenzzeit für Datenverbindungen garantiert werden können. Dieses QoS-Protokoll sucht verteilt die kürzeste Strecke, die die Bandbreitenanforderung erfüllt und dabei weniger als die vorgegebene Anzahl an Zwischenstationen hat. Existiert eine solche Strecke, wird die Bandbreite dort gleich registriert und die Anwendung in Kenntnis gesetzt. Gibt es keine passende Verbindung oder bricht diese nach ihrem Aufbau zusammen, wird die Anwendung wiederum benachrichtigt.
Schließlich wurde in Kapitel 5 die Funktionsfähigkeit der zuvor entwickelten Protokolle in unterschiedlichen Testszenarien im Simulator unter Beweis gestellt. Dazu wurden die drei Teilmodule in aufeinander folgenden Versuchsreihen mit unterschiedlicher Netzwerkbelastung und mit bzw. ohne Knotenmobilität untersucht und die Ergebnisse dargestellt und ausgewertet.
Die Evaluierung hat gezeigt, dass sowohl die Propagation der Topologiedaten als auch die beiden Routing-Module für Best-Effort-Daten und QoS-Verbindungen erwartungsgemäß funktionieren und auch bei sich bewegenden Stationen ihre Arbeit erfüllen.
Im Lauf der Entwicklung des QoS-Protokolls wurden einige Einschränkungen festgestellt, deren Behebung über den Rahmen dieser Arbeit hinausgeht. Außerdem haben sich einige Weiterentwicklungsmöglichkeiten für nachfolgende Projekte ergeben.
Die interessanteste Perspektive ist eine Erweiterung des QoS-Protokolls um Mehrpfadausbreitung. Dies würde nicht nur die Möglichkeit bieten, Multicast-Datenströme zu implementieren, sondern auch durch parallelen Versand zum selben Ziel die Ausfallsicherheit steigern. Darauf aufbauend ließe sich auch eine dynamische Link-Reparatur ohne Paketverluste realisieren - fällt eine redundante Teilstrecke aus, so kann das erkannt und ein alternativer Pfad dafür gesucht werden, während die Daten auf der noch bestehenden Verbindung übertragen werden.
Es wurde festgestellt, dass der Jitter bei der Datenübertragung durch die Asynchronität zwischen den Cluster-Heads recht hoch ist. Um dieses Problem zu beheben, ist es denkbar, ein Signalisierungsverfahren für die Polling-Reihenfolge zwischen Client und Head zu implementieren. Damit könnte ein Gateway, über das eine reservierte Route führt, das Abfrage-Schema seiner Heads so anpassen, dass die Datenpakete der garantierten Verbindung nach ihrer Einlieferung sofort vom Ziel-Cluster abgefragt werden. Dies würde die maximale Paketlaufzeit zwar nur dann signifikant verbessern, wenn keine Medienfehler auftreten, allerdings ließe sich der Jitter dann bei bekannten Eigenschaften des Mediums deutlich besser berechnen.
Denkbar wäre auch die Benutzung des QoS-Protokolls auf einer anderen MAC-Schicht als dem Clustering-Schema. Da das Weltmodell mit einer flachen Hierarchie arbeitet, wären nur geringe Anpassungen am Routing notwendig, um ein anderes Protokoll als Basis einzusetzen. Ein solches Protokoll müsste allerdings konsistente Nachbarschaftsinformationen liefern und Bandbreitenreservierungen für lokale Links durchführen können.