Datenhaltung von XML Objekten und XML Anfragesprachen in Sensornetzen

- Diplomarbeit -


Beschreibung:
Mit der schnell fortschreitenden Entwicklung im Bereich der Mikroprozessortechnologie, welche immer kleinere und leistungsfähigere Mikroprozessoren hervorgebringt, gewinnen die sogenannten drahtlosen Sensornetzwerke immer mehr an Bedeutung. Ein Hauptaufgabengebiet sind Überwachungsnetze, die Objekte und Gebiete flächendeckend überwachen (z.B. Waldbrandvorsorge). Sensornetzwerke bestehen dabei aus einer Vielzahl von Knoten, die Messwerte wie zum Beispiel die Temperatur oder Luftfeuchtigkeit messen und zwischenspeichern. Die Messwerte können dann durch Anfragen über das gesamte Sensornetzwerk ermittelt werden. Herkömmliche Anfragesprachen besitzen unterschiedliche Formate, die im Allgemeinen schlecht austauschbar sind. Zudem erfordert die Programmierung einzelner Sensoren einen erheblichen Einarbeitungsaufwand. Die Nutzung eines standardisierten Austauschformats wäre daher wünschenswert, wobei der Umgang mit diesem Format für den Entwickler während der Programmierung leicht und transparent sein soll.

XML ist heute das de facto Standardformat für den Datenaustausch unterschiedlichster Anwendungen. Besonders im World Wide Web gewinnt XML immer mehr an Bedeutung. Es bietet sich damit an, XML als Standardformat beim Datenaustausch in Sensornetzen zu verwenden. Dabei erweist sich jedoch die Nutzung von XML in den herkömmlichen Sensorknoten-Programmiersprachen als aufwändig. Zudem ist eine Typüberprüfung bzgl. vorgegebener XML Schemata oft zwingend notwendig, um Programmfehler zu vermeiden. Da Sensorknoten nur über eine geringe Speicherkapazität verfügen und zudem eine Reprogrammierung nach dem Auswerfen über dem Einsatzgebiet mit einem hohen Aufwand verbunden ist, muss eine mögliche Typüberprüfung bereits statisch zur Kompilierzeit erfolgen.

Im XOBE Projekt wurde Java syntaktisch und semantisch um XML, XPath und Update-Ausdrücke erweitert. Dabei werden die verwendeten Ausdrücke stets statisch typüberprüft, um absolute Typsicherheit während der Laufzeit zu garantieren. Basierend auf den vorhandenen Erkenntnissen wurde eine Portierung der XOBE Idee auf Sensorknoten umgesetzt, wobei eine Embedded C Programmiersprache syntaktisch und semantisch um XML Ausdrücke erweitert wurde. Das Ergebnis ist die Spracherweiterung XOBE SENSOR mit einem Precompiler, welcher gegebene XML Ausdrücke statisch bzgl. einem Schemata validiert und anschließend in Embedded C Sprachelemente transformiert. Dabei ist eine optimale Transformation nötig, um die besonderen Hardware- und Energiebeschränkungen von Sensorknoten einzuhalten.

Diese Diplomarbeit hat das Ziel, Möglichkeiten zu untersuchen und verschiedene Verfahren zu entwickeln, um XML Ausdrücke mit Embedded C Sprachmitteln darzustellen. Insbesondere zählen hierzu Optimierungen bzgl. der Speichergröße, der Laufzeit und der Codegröße. Des Weiteren soll diese Diplomarbeit erste Ansätze für eine beschränkte kontinuierliche XML basierte Anfragesprache (XML based Bounded Continuous Search Query (XBCSQ)) liefern, die sich in den Sprachumfang von XOBE SENSOR eingliedert und es erlaubt, den Energieverbrauch von Anfragen an Sensornetze zu optimieren.

Im Einzelnen sind in der Diplomarbeit folgende Teilaufgaben zu erfüllen:

  1. Einarbeitung in Sensorennetzwerke und Embedded C
  2. Einarbeitung in XOBE
  3. Entwicklung von Verfahren zur Transformation von XML Ausdrücken in Embedded C Sprachmittel
  4. Entwicklung einer XML basierten beschränkten kontinuierlichen Anfragesprache in Anlehnung an vorhandene XML Anfragesprachen (XPath, XQuery, XSLT)
  5. Theoretische Evaluation der entwickelten Anfragesprache bzgl. möglicher Energieeinsparung im Vergleich zu herkömmlichen Anfragen

Vorkenntnisse/Anforderungen:
Java, C, XML, XPath

Bearbeiter:
Daniel Böckmann

Ergebnis:
Die Ausarbeitung kann im Institut für Informationssysteme angefordert werden.

Betreuung:
Nils Höller
Institut für Informationssysteme
Ratzeburger Allee 160 ( Gebäude 64 - 2. OG)
23538 Lübeck
Telefon: 0451 / 500 5707