Jahresrückblick ComNets AC. Bernhard Walke

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1 Freunde Förderer Verein ComNets News Mitteilungsblatt des Vereins der Freunde und Förderer von ComNets-Einrichtungen e.v. Januar 2012 Jahrgang 13, Ausgabe 1 In dieser Ausgabe Jahresrückblick Zukunft der Netze 3 Problem Based Learning 4 Promotionen AC 5 Promotionen Bremen 8 Awards 10 ComNets-Spuren in Arbeit 10 Laufende Arbeiten 12 Wissenschaftliche Mitarbeiter 12 Abschied und Aufbruch 13 Protokoll 14 Programm ComNets-Workshop 15 Impressum FFV-Workshop Freitag, den ComNets News ComNets Forschergruppe RWTH Aachen Kopernikusstr. 5 D Aachen Jahresrückblick 2011 ComNets AC Bernhard Walke ComNets-Gebäude Das ist nun der 21. und letzte Jahresbericht, den ich an einer Weihnachtsfeier gebe, denn Ende 2012 wird die ComNets Forschergruppe planmäßig weitgehend aufgelöst sein. Unsere Server werden im kommenden Jahr schon vom Rechenzentrum gehostet werden und unser Rechnercluster wird im Haus solange weiterlaufen, bis er nicht mehr benötigt wird, wahrscheinlich Mitte Der Parkplatz neben unserem schönen Gebäude ist als letzte Baumaßnahme fertiggestellt mit fünf zweireihig gepflasterten Parkquadraten für je 16 Fahrzeuge, die durch Beete getrennt und mit Hecken eingesäumt sind - und hin und wieder steht da eine Platane. Die ausgedehnten Wiesen um unser Haus sind jetzt von befestigten Fußgängerwegen durchzogen, mit Sitzbänken zum Meditieren. Sogar ein Wasserbecken wurde angelegt, allerdings nicht für Libellen und Enten, sondern zum Auffangen ergiebiger Regengüsse wie z. B. am 18. August als Aachen durch ein Unwetter geflutet wurde. Damals fehlte das Becken noch und deshalb stieg das Wasser etwa 30 cm außen an den bodentiefen Fensterscheiben im Untergeschoss und auf ca. 10 cm im Gebäude, bevor die Feuerwehr nachts um 23:00 Uhr zu pumpen begann. In der Folge hatten wir Schimmelbefall, u.a. mit Stachybotrys Chartarum, einem sehr aggresiven Mykotoxinbildner, der sich in feuchtwarmem Gipskarton besonders wohl fühlt, weshalb sämtliche Räume im Untergeschoss geräumt und versiegelt wurden. Inzwischen sind die Teppichböden und Gipskartonwände zwischen den Büros entfernt worden und wir warten auf weitere Messergebnisse die klären sollen, ob auch der Estrich mit Fußbodenheizung und die Kabelschächte ersetzt werden müssen. Es ist ein Jammer, ein solches Gebäude im Wasser stehen zu sehen und die Folgen tragen zu müssen; der Serverraum im Untergeschoss hat den Wassereinbruch zum Glück unbeschadet überstanden. Das Erdgeschoss ist für 18 Monate an das Rechenzentrum vermietet, das gerade renoviert wird und wir sind im Obergeschoß zusammengerückt, dessen Fläche für die ständig schrumpfende ComNets Forschergruppe inzwischen ausreicht. Ab 2013 ist eine neue Verwendung des Gebäudes in Planung; dann habe ich 7,5 Jahre jenseits der Pensionsgrenze die ComNets-Fahne hoch gehalten, bevor sie gestrichen wird. Forschung, Publikationen Unsere Drittmittelprojekte sind inzwischen abgeschlossen. Jetzt geht es noch darum, die verbliebenen sechs Doktoranden (Chen, Klagges, Mühleisen, Rosier, Sambale, Wolz) zum Ziel zu führen und die Arbeitsergebnisse zu publizieren. Wir arbeiten an der Optimierung von spektraler Effizienz und Verkehrsleistung von LTE-A Systemen, u.a. mit Relais und Femtozellen und setzen einen Schwerpunkt bei der gezielten, zellübergreifenden Interferenzvermeidung. Daneben bewerten wir Breitband WiMAX Systeme und Nahbereichsbreitbandfunknetze. Im vergangenen Jahr haben wir 11 Konferenzbeiträge und einen Zeitschriftenbeitrag veröffentlicht, daneben fünf Dissertationen (s.u.). Von der ComNets Datenbank wurden im Jahr 2011 unsere wiss. Veröffentlichungen insgesamt mal heruntergeladen, nämlich mal aus USA, mal aus D mal aus China, mal aus Indien mal aus UK, mal aus F, mal aus anderen Ländern, weltweit. Ranking der Fakultät Neben vielen ersten Plätzen bei Rankings von Zeitschriften in Deutschland hat die

2 2 Jahresrückblick 2011 aachener Fakultät in einer breit angelegten Bewertung der Leistung aller deutschen ET & IT Fakultäten in den Jahren 2004 bis 2008 durch den Wissenschaftsrat im Mai 2011 den absoluten Spitzenplatz erreicht, vgl. Ein beteiligter Fachgutachter hat mir gesagt, dass dieses Ergebnis wesentlich durch die hervorragenden Leistungen der ComNets Gruppe zustande gekommen ist. Wir können uns also auf die Schulter klopfen. ComNets Freundeskreis Der Verein der Förderer und Freunde der ComNets Einrichtungen e.v. umfasst nach der Satzungsänderung fünf ComNets Einrichtungen: 1. ComNets Research Group, Aachen (Prof. Dr. Bernhard Walke) 2. ComNets Bremen (Frau Prof. Dr. Carmelita Görg), 3. Kommunikationsnetze Dortmund (Prof. Dr. Christian Wietfeld), 4. ComNets Hamburg-Harburg (Prof. Dr. Timm-Giel), 5. Kommunikationsnetze Bonn-Rhein- Sieg (Prof. Dr. Stefan Böhmer) Mit mehr als 200 Personenmitgliedern und acht korporativen Mitgliedern ist der FFV der größte wiss. Verbund von Hochschulforschern im Bereich der Kommunikationsnetze mit mehr als 50 Doktoranden und jährlich mehr als 80 Bachelor/ Masterabschlüssen. Ehrungen Der jährlich vergebene Ericsson Preis 2011 ging an Mario Ugarkovic für die Diplomarbeit Entwurf und Bewertung vorhersagbarer Kanalzugriffsverfahren für den unlizensierten Betrieb von IMT-A Systemen. Der Friedrich Wilhelm Preis für eine ausgezeichnete Dissertationen der RWTH Aachen ging an Tim Irnich für die Arbeit: A new methodology for radio spectrum requirements estimation of wireless communication systems. Herzlichen Glückwunsch an die Preisträger!! Fußball Beim Fußballturnier 2011 der Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik hat ComNets nach Turniersiegen in den Jahren 1997, 2001, 2005, 2006 und 2009 einen guten Mittelplatz des gut besetzten Wettbewerbs erreicht wir haben inzwischen zu wenig Wechselspieler auf der Bank, was unsere Schlagkraft mindert. Abschlüsse in Promotionen (Sebastian Max, Fahad Aijaz, Zheng Xie, Guido Hiertz, Matthias Malkowski). 3 Diplomarbeiten, 4 Master Arbeiten, 3 Studienarbeiten. Im kommenden Jahr 2012 stehen sechs Promotionen an: Ralf Jennen (Analytische VoIP Kapazität von IEEE WLAN Systemen), Karsten Klagges (Leistungsanalyse von IEEE m Relais-Systemen), Maciej Mühleisen (Leistungsanalyse von LTE-A Systemen) Klaus Sambale (Relais-Positionierung für spektrumseffiziente LTE-A Systeme) Benedikt Wolz (Leistungsoptimierte MIMO Systeme mit Interferenzvermeidung) Yunpeng Zang Performance of Protocols for Car-2-Car Communication. Für 2013 erwarte ich die Promotionen von Holger Rosier und Yuan Chen. Yuan Chen wird als erster Stipendiat aus dem ComNets-Doktorandenstipendium gefördert. Abschied von Herrn Gebhardt Dr. Reinhold Gebhardt ist im Sommer in den wohlverdienten Ruhestand gegangen. Er hat seine Funktion als Oberingenieur hervorragend ausgefüllt und sich dabei die uneingeschränkte Anerkennung aller ComNets Mitabeiter und der Studierenden erworben. Seine langjährigen Erfahrungen mit Software Entwicklungsverfahren hat er bei uns eingebracht, CORBA Kurse und die Sprache UML zur Spezifikation von Softwaresystemen eingeführt und anhand von Studentenprojekten vorangetrieben. Der heutige Stand unserer öffentlich zugänglichen Systemsimulatoren ist durch diese Methoden sehr günstig beeinflusst geworden. Seit dem WS2003/04 hat er die drei ersten Vorlesungstermine im Projekt Objektorientierte Programmierung (3. Sem.) und die Übungen zur Vorlesung Grundgebiete der Informatik 3 (3. Semester) übernommen. Ab dem WS 2005/06 hat er im Auftrag der Fakultät ET&TI die Vorlesung Grundgebiete der Informatik 3 (3. Sem.) von mir übernommen, erheblich aktualisiert und bis zum WS 2009/10 durchgeführt, einschließlich Klausurvorbereitung, Aufgabenstellung, Notengebung und gelegentlich die Vertretung für die zugehörigen Übungen. Daneben hat er vom WS 2004/05 bis 2009/10 (6 Jahre) das Praktikum Angewandte Informatik 1 (1. Sem.) organisiert und jährlich Studienprojekte für Studierende (4./5. Sem.) angeboten und mit großer Hingabe betreut. In der Projektforschung hat er vier Beteiligungen an Konsortialprojekten vom BMWI bzw. BMV eingeworben, Projekt- und Arbeitsgruppen geleitet und die Zwischenund Abschlussberichte erstellt. Es handelt sich um die Projekte DMotion (3 Jahre/172 k ), DISTEL (2 Jahre/309 k ), OTS2 (2 Jahre/124 k ) und SimoKIM (3 Jahre/354 k ). Die in Klammern aufgeführten Anteile sind die ComNets-Anteile von insgesamt 959 k. Er und ich haben in den 12 Jahren unserer Zusammenarbeit sehr gut harmoniert und dafür möchte ich ihm hier nochmals sehr herzlich danken! Nicht-wiss. Mitarbeiter Im Juni 2011 hat Frau Söhnen eine Stelle im Prüfungsamt der Fakultät angenommen, Frau Pawelzick ist seit März Sekretärin bei Prof. Witzens, Herr Okon ist zu Prof. Sauer gewechselt und Herr Konkol wechselt zum Jahresende zu Prof. Mähönen. Ich möchte allen herzlich danken und wünsche ihnen in der neuen Arbeitsstelle viel Erfolg. Frau Schröder (Sekretariat/Buchhaltung) und Herr Rochhausen (Technik) werden auch im kommenden Jahr bei uns weiterarbeiten. Studierende im WS 11/12 Der Ansturm von zwei Abiturjahrgängen im WS 2011/12, der mit dem Wegfall der Wehrpflicht zusammenfällt, hat ein Plus von ca. 25% auf 1000 Neuanfänger gebracht. Im nächsten Jahr werden zwei Abiturjahrgänge in NRW gleichzeitig fertig; deshalb wird die Zahl der Neuanfänger im Fach ET & IT nochmals gleich hoch ausfallen. Dank Allen Mitarbeitern und Mitarbeiterinnen, die zum Erfolg unserer Arbeit im vergangenen Jahr beigetragen haben, möchte ich für die sehr gute Zusammenarbeit herzlich danken. Zum kommenden Weihnachtsfest wünsche ich Ihnen alles Gute und für das neue Jahr viel Freude bei Ihrer Arbeit, gute Gesundheit und beruflichen Erfolg! Ihr Bernhard Walke

3 Zukunft der Netze ComNets Bremen Carmelita Görg 2011 war insgesamt ein gutes Jahr für uns. Es liefen weiterhin einige Projekte: SAIL (EU), SFB 637 (DFG), GloveNet (BMBF), Mature/HSDPA/LTE (NSN), G-Lab (BMBF), Intelligent Container (BMBF), so dass alle gut beschäftigt waren. Es gab 2 Promotionsprüfungen (Gulshanara Singh und Vo Que Son). Wir hatten einen gemeinsamen ITG Workshop mit beiden Fachgruppen (5.2.1: Smart 3 wir konnten schon einige Gäste (Deans, Professoren, Post-Docs, Studenten) in Bremen begrüßen. Derzeit werden verschiedene Study Abroad Programme vorbereitet. Ziel ist es, die wissenschaftliche Zusammenarbeit auf allen Ebenen zu fördern und dabei die Studenten, z.b. in Form von internships, frühzeitig in die Forschung einzubeziehen. jekt NuPEx (BMBF) zur Netzplanung unter Berücksichtigung von QoE zusammen mit ComNets Hamburg und 2 kleineren Firmen Auch die social events sind in diesem Jahr nicht zu kurz gekommen: am Anfang des Jahres - im Februar - fing es mit einer Kohltour in etwas abgewandelter Bremer in Hamburg und Bremen. Die ComNets Zusammenarbeit geht also weiter. An dieser Stelle möchten wir uns auch für die hervorragende Zusammenarbeit im vergangenen Jahr bei allen bedanken. Wir freuen uns wieder auf das Freundeskreistreffen am in Aachen, das Freundeskreis-treffen in Hamburg im Spätsommer/Herbst 2012 und alle anderen Treffen bei Konferenzen, Promotionen und anderen Gelegenheiten. Und zum Schluss wiederhole ich die Einladung an alle ComNetsler, uns jederzeit in Bremen zu besuchen! Zukunft der Netze Andreas Timm-Giel Grid und 5.2.4: Internet der Dinge). Es gab einige Veröffentlichungen und auch best paper awards. Hier mal eine etwas andere Darstellung der Literaturliste von 2011 (Bild oben). Ansonsten genieße ich es sehr, dass z.zt. noch 5 Post-Docs in der Gruppe sind, die es mir erlauben meine Rektoratstätigkeit zur Verstärkung der Kooperationen mit nordamerikanischen Universitäten auszuüben. Im März/April fand eine erste lange Reise nach USA und Kanada statt. Die besuchten Universitäten waren: USA: UCSB (Santa Barbara, CA), Vanderbilt (TN), UNC (Chapel Hill, NC), SUNY (Stony Brook, NY); Canada: University of Guelph (Guelph), Université de Montréal, University of Ottawa. Im November war ich zusammen mit Andreas Timm-Giel in Stony Brook zur CEWIT Konferenz und dann Anfang Dezember nochmal zu einem Besuch mit einer Kollegin bei der Duke University zur Vorbereitung einer Reihe von Workshops und Summer Schools. Die Kooperationen laufen recht gut und Tradition an. Im Juli wurde als Betriebsausflug die Meyer Werft in Papenburg besichtigt und beim Weihnachtsseminar ab es eine Führung durch die Edvard Munch Ausstellung in der neu eröffneten Kunsthalle in Bremen. ITG-Fachtagung Zukunft der Netze : Machine-to-Machine Communications A m fand zum 10. Mal die Fachtagung Zukunft der Netze statt. Dieses Jahr stand die Jubiläumstagung unter dem Leitthema Machine-to-Machine Communications und wurde an der Technischen Universität Hamburg-Harburg (TUHH) ausgerichtet. Mehr als 80 Teilnehmer folgten den Vorträgen von ausgewiesenen Experten aus Industrie und Universität über aktuelle Forschungstrends im Bereich der Kommunikationsnetze und systeme. Desweiteren haben wir als ComNets Bremen natürlich am ComNets Freundeskreistreffen in Aachen im März und am Treffen im Oktober in Dortmund teilgenommen. Die Veranstaltung Die optimale Universität von Michael Gude in Köln im September war ebenfalls ein Highlight des Jahres. Die Fachtagung wurde vom Präsidenten der TUHH, Garabed Antranikian, eröffnet. Im Anschluss verlieh der ITG-Vorsitzende Ingo Wolff die VDE-Ehrenurkunde an Carmelita Görg (Univ. Bremen) und Ralf Lehnert (TU Dresden) für ihre langjährige und erfolgreiche Tätigkeit in der ITG. Danach stellte Herr Wolff in seiner Keynote die Highlights aus dem VDE-Positionspapier M2M-Kommunikation vor und führte die Teilnehmer so in die Thematik der Fachtagung ein. Im Februar 2012 starten wir ein neues Pro- In der ersten Session nach der Kaffeepause

4 4 Problem Based Learning berichtete Joachim Sachs von Ericsson Research über Automotive Communication via Mobile Broadband Networks. Mit Hilfe der LTE-Netze sind durch die geringen Latenzzeiten im Bereich von 25ms auch viele Anwendungen möglich, die bislang der direkten Kommunikation mittels Ad-Hoc-Systemen nach IEEE p vorbehalten war. Eröffnungsrede Vorteile der LTE-Systeme liegen insbesondere in der Verfügbarkeit bei der Markteinführung. Bei höheren Teilnehmerzahlen mit vielen periodisch gesendeten Daten kann es dagegen zu Engpässen kommen, daher wird über hybride Lösungen aus Mobilfunknetzen und Ad-hoc-Netzen nachgedacht. Im darauffolgenden Vortrag analysierte Andreas Mäder von NEC die Anforderungen von M2M Communications an Mobilfunksysteme, insbesondere LTE. Die hohe Anzahl von Knoten und die geringe Information, die von jedem einzelnen Knoten übertragen werden sollen, stellen große Herausforderungen an die Mobilfunknetze. Eine Bedienung von tausend Knoten pro Zelle ist eine Herausforderung für die Signalisierung. Eine Optimierung wird von der ETSI, 3GPP und dem IEEE in den entsprechenden Fachgruppen erarbeitet, aber es bleibt noch viel Forschungsbedarf. Frau Prof. Carmelita Görg Im Anschluss wurde in einer Keynote von Joachim Hauck (Vodafone) über die Netzbetreibersicht referiert. Machine-to-Machine Communication unterscheidet sich von anderen Diensten in den Anforderungen: Roaming über unterschiedliche Länder ist in vielen Logistikanwendungen die Regel und es werden besondere Anforderungen an die Hardware und auch die SIM-Karte gestellt. Daher wurde beispielsweise ein für diese Anwendungen ausgelegter SIM-Chip standardisiert. Ferner werden den Kunden spezielle Managementdienste und Diensteplattformen für M2M-Kommunikation angeboten sowie auch eine globale SIM, die das Roaming erleichtert. Nach der Mittagspause wurde das aktuelle Thema Smart Grid behandelt, das mit einer Keynote von Jörg Reuschel von Vattenfall Europe Metering eröffnet wurde. Herr Reuschel wies darauf hin, dass Smart Metering ohne intelligente und automatisierte Geräte als Stromverbraucher nur wenig nützt und dass das Regelwerk zum Datenschutz noch erarbeitet wird. Steffen Fries von der Siemens AG führte den Gedanken weiter und stellte die Anforderungen und die verfügbaren Standards für die Sicherheit im Smart Grid vor. Inwiefern das Elektroauto als Energiespeicher dienen kann, wurde von Thomas Loewel von Alcatel-Lucent untersucht und vorgestellt. In der letzten Session wurde die Interoperabilität für M2M-Kommunikation angesprochen. Carsten Bormann vom TZI an der Universität Bremen gab einen Überblick über IPv6 für Sensornetze, das durch Komprimierung (6LoWPAN) und neue Anwendungs- und Routingprotokolle (ROLL, CoRE) auch für diese Anwendungsbereiche möglich ist und bei der IETF standardisiert werden. Stefan-Helmut Leitner von ABB stellte OPC UA als Lösung für die sichere Kommunikation in industrieller Automatisierung vor und Thomas Kessler von der Telekom AG gab einen Überblick über die für M2M wichtigen Standardisierungsaktivitäten in ETSI, dem Broadband Forum, der OMA und dem IEEE. Prof. Ralf Lehnert Die Vorträge der Konferenz liegen wie auch schon bei den vergangenen Veranstaltungen üblich auf der Webseite des ITG-Fachausschusses 5.2 Kommunikationsnetze und systeme : Kurzberichte über die Tagung wurden auch als Hörfunkbeiträge im Deutschlandfunk gesendet und sind unter folgenden URL abrufbar: computer/ / computer/ / Problem Based Learning Andreas Timm-Giel Lehrinnovation 2011 konnte das Institut für Kommunikationsnetze eine Förderung von der TUHH zur Umstellung der Lehrveranstaltungen Communication Networks II und Self-organized Systems auf problembasierte Lernmethoden gewinnen. Problem Based Learning Communication Networks II Die Lehrveranstaltung Communication Networks II und Modern Methods of Modelling Communication Networks II aus dem Masterprogramm wurden bereits 2010 zu einem Modul mit 6 ECTS zusammengefasst. Die neue Lehrveranstaltung Communication Networks II behandelt die Planung and Analyse von Kommunikationsnetzen, wobei die Analyse im Wesentlichen simulativ durchgeführt wird. Im Schellerdamm stehen der TUHH Räume für innovative Lehrmethoden bereit. Montag morgens von 8:00 bis 13:00 konnte hier die Lehrveranstaltung mit gut 50 Studenten durchgeführt werden. In einem

5 Promotionen AC großen Raum gab es Vorlesungsanteile zur Linearen Optimierung, Simulation, Stochastik und Kommunikationsnetzen. In 4 Kleingruppenräumen konnten dann die Studenten unter Moderation eines Tutors Lehrinhalte an Problemstellungen reflektieren, diskutieren und selbstständig erarbeiten. In Zweierteams wurden Aufgaben gelöst, die in den Gruppen disktutiert wurden. Am Ende stand anstelle einer Klausur eine schriftliche Ausarbeitung zu einem WLAN-Dimensionierungsproblem, das simulativ gelöst werden musste und im August vorgetragen wurde. Hier ging es neben der Beherrschung des OMNET++- Simulators, der in der Vorlesung bereits eingeführt wurde, insbesondere um die Analyse und Bewertung der Ergebnisse. Diese Art des Lernens ist für diese Inhalte sehr gut aufgenommen worden und wird 2012 entsprechend weitergeführt. Projektseminar Self-Organized Systems Auch das Projektseminar Self-Organized Systems wurde im Rahmen der Lehrinnovationsprojekte auf problembasiertes Lernen umgestellt. Dieses Seminar wurde 2011 erstmalig und ausschließlich für das 5. Semester des Bachelor-Studienganges Computational Informatics angeboten. Die 12 Studenten des Jahrganges erarbeiteten sich in Gruppendiskussionen eine geeignete Definition von Self-Organizing Systems. In Teams wurden naturanaloge Verfahren analysiert und der Gruppe vorgestellt. Jedes Team aus 2 Studierenden wählte sich ein technisches Problem aus, das mit selbst-organisierenden Verfahren besser gelöst werden kann und entwickelte eine Demonstration für dieses Problem. In mehreren Diskussionsrunden wurden die Probleme gefunden, erörtert und Zwischenergebnisse vorgestellt. Am Ende zeigten alle Gruppen beeindruckende Simulationen und Animationen zu den gewählten Problemen: Smart Home Cleaning, Multi-Agenten Robotik System auf dem Mars, Selbstorganisierende AGV-Systeme im Hafen, Cluster Routing und Selbstkonfiguration von Sensoren ist die Veranstaltung in ähnlicher Form mit einer höheren Anzahl von Studierenden geplant. Promotionen AC Seit der letzten Ausgabe wurden in Aachen folgende Promotion abgeschlossen. Mobile Server Platform -- Architectures and Protocols for Future M2M Ecosystems Fahad Aijaz Sprachteilnehmer verzichten zunehmend auf den Festnetzanschluss und benutzen nur Mobiltelefone. Ähnlich übernehmen LapTop/Netbook/Tablet Computer/Smart Phone die Funktion des über DSL mit dem Netz verbundenen PCs, wobei Internet-gestützte Anwendungen drahtlos genutzt werden. Neben dem WWW-basierten Zugang von auf Mobilterminals (client) laufenden Anwendungen zu Internet-gestützten Datenbanken (server) wächst der Datenverkehr für Web 2.0 Dienste zur direkten Kommunikation (machine-to-machine, M2M) zwischen Mobilterminals, der für das zukünftige Internet-of-Things typisch ist. Die Zahl von Mobilfunkanschlüssen in Schwellenländern übersteigt die der in entwickelten Ländern erheblich. In ersteren sind private PCs mit DSL Anschluss, d.h. die Kombination von WWW und M2M Diensten mit PC-gestützter privater Datenhaltung, unüblich. Es wird erwartet, dass Mobile Web Services (MWS) erheblich dazu beitragen werden, auch in Schwellenländern anspruchsvolle Anwendungen 5 zu betreiben. Die Ergebnisse dieser Arbeit ermöglichen MWS-gestützte client-server Funktionen und von Mobilterminals betriebene M2M Internet Anwendungen. Die Arbeit leistet mehrere Beiträge. Als Hauptbeitrag wird das neue Konzept der Mobile Server Platform (MSP) entwickelt, um den Web Server (z.b. unter dem Betriebssystem Android) im mobilen Terminal zu realisieren. Die zugehörigen synchronen bzw. asynchronen Dienste zur Nutzung von sog. short-lived bzw. long-lived data flows wie sie für MWS typisch sind, werden für die Funkkommunikation optimiert. Die neue Technik wird prototypisch realisiert und in der hier gewählten Form erstmals vorgestellt. Sie hat u. a. einen Spitzenplatz in einem von Ericsson ausgeschriebenen internationalen Wettbewerb mit tausend Testern erreicht, womit die Akzeptanz der neuen Technik durch Nutzer belegt wird. Die MSP mit ihren MWS ist auf beliebige Mobilterminals portierbar. Sie umfasst drei Schichten: (1) Web Server, wo Web Dienste erbracht werden, (2) Vereinbarung von Verträgen zwischen Dienstanbieter und Dienstnutzer und (3) Software Anwendungen. Als weiteren Beitrag stellt die Arbeit neue, auf der MSP beruhende Dienste (MWS) für die multimediale M2M Terminalkommunikation vor, wobei im Festnetz der Mobilfunknetzbetreiber bestehende Firewalls, die M2M Kommunikation verhindern sollen, durch Einführung eines Internet Access Gateway mit Relaisfunktion wirksam umgangen werden. Ein dritter Beitrag besteht darin, dass die genannten neuen Konzepte in Form eines mobilen Anwendungservers mit dem bei 3GPP standardisierten IP Multimedia Teilsystem (IMS) verknüpft werden, so dass dessen Dienste von mit MSP ausgestatteten Mobilterminals nutzbar sind. Unter anderem können Mobilterminals in Kombination mit im Internet betriebenen Spiegelservern (mit gespiegelten Inhalten der MSP), Internet basierte Privat- und Geschäftsprozesse mit geringen Mobilkommunikationskosten abwickeln, wobei alle Nutzerdaten unter eigener Kontrolle bleiben. Grundlage dafür sind die o. g. Dienstverträge der MSP. Ein Kostenvorteil entsteht, weil Nutzer der MSP auf Inhalte des Spiegelservers zugreifen, statt über den Funkkanal auf die MSP zuzugreifen. Die in dieser Arbeit eingeführten Funktionen werden mittels IET standardisierter Internet Protokolle erbracht, die originell

6 6 eingesetzt werden, um die für Mobilterminals erforderliche Dateneffizienz zu erreichen. Die erzielte Effizienzsteigerung erreicht Faktoren von bis zu 20 und wird in den verschiedenen durch diese Arbeit betroffenen Teilbereichen durch Vergleich mit konventionell benutzten Internet Protokollen anhand von Messungen in prototypischen Implementierungen nachgewiesen. Es gelingt auch, das Verhalten eines Kernprozesses der MSP durch ein analytisches Modell zu beschreiben. Die Eignung der neu entwickelten Konzepte wird anhand zweier praktischer Anwendungen nachgewiesen: Ein Kontext bewusstes, auf drahtlosen Sensorknoten basiertes Gesundheits-Überwachungssystem belegt den Nutzen drahtloser Knoten mit Web Service- und Verarbeitungsfunktionen in Funknetzen mit hierarchischen Knoten und dem Bedarf unterschiedlicher Sichten von Nutzern auf verschiedene verfügbare (aggregierte) Sensordaten. Ein prototypisch entwickeltes soziales Netzwerk, das auf MSP bestückten Mobilterminals beruht, wird vorgestellt und implementiert, wobei die Privatheit der Nutzerdaten von besonderem Interesse ist. Mündliche Prüfung: 19. Juli 2011 Berichter: Prof. Walke, Mitberichter: Prof. Jarke Medium Access Control in IEEE s Wireless Mesh Networks Guido R. Hiertz Die Task Group 11.s des IEEE Projektes 802 hat im Juli 2010 einen Entwurf für den Zusatz s Mesh Networking zum Standard IEEE vorgelegt, der u.a. das Medien Zugriffsprotokoll (MAC) für dezentral organisierte Maschennetze (WMN) auf Basis drahtloser Netze (WLAN) spezifiziert. Die Standardisierung hat im September 2011 ihren vorläufigen Abschluss gefunden. Maschennetze benutzen multi-hop Kommunikation, um Access Points (APs) von zentral gesteuerten IEEE WLANs über ein drahtloses Vermittlungsnetz mit dem Internet zu verbinden. Bisher wurden APs direkt an das Internet angeschlossen. Der WMN Standard IEEE s benutzt in erheblichem Umfang bei ComNets erarbeitete Grundlagen, die in Kooperation mit dem Industriepartner Philips durch Herrn Hiertz auf die WLAN Randbedingungen angepasst, patentiert und in die IEEE Standardisierung eingebracht worden sind. Ausgangsforderung war, dass standardisierte IEEE WLAN Systeme mit dem neuen Standard verträglich sein müssen, d.h. als Teilsysteme in WMNs auftreten können. Der Nachweis der überragenden Verkehrsleistung des eigenen Vorschlags durch bitgenaue Systemsimulation und Vergleich mit alternativen Lösungsvorschlägen in gemeinsam festgelegten Betriebsszenarien hat dazu geführt, dass der Standard IEEE s weitgehend durch die Arbeiten von Herrn Hiertz geprägt ist. Forschungsarbeiten zu MAC Protokollen für Mobile Adhoc Networks (MANETs) sind seit Jahrzehnten bekannt, ohne nennenswerte Resonanz in der Anwendung. Dementsprechend hoch ist der Beitrag von Herrn Hiertz einzuschätzen, der viele MA- NET Anwendungen möglich machen wird. Neben der als Standard IEEE a bekannten Funktion Enhanced Distributed Channel Access (EDCA) enthält der neue WMN Standard die optionale Funktion Mesh Coordinated Channel Access (MCCA), die auf von Herrn Hiertz entwickelten Erweiterungen des DRP (distributed reservation protocol) beruht. DRP wurde im Jahr 2008 als MAC Protokoll des Standards ISO/IEC spezifiziert, den Ultrabreitbandnetze (Wireless Personal Area Networks, WPANs) benutzen und beruht auf Erfindungen von Herrn Hiertz, die er in diesen Standard eingebracht hat. Die vorliegende Arbeit enthält zwei wesentliche Beiträge: Die Entwicklung und simulationsgestützte Bewertung des DRP für WPANs und die Erweiterung des DRP einschließlich simulationsbasiertem Nachweis der Eignung für den Einsatz in WMNs, in denen multi-hop Kommunikation auftritt. Beide Beiträge haben zur Aufnahme des DRP Protokolls in die entsprechenden Standards geführt. In Funknetzen, in denen nicht alle Stationen direkt miteinander kommunizieren können, Promotionen AC kann mangels zentraler Einrichtungen die Interferenz zwischen Stationen nur dezentral gesteuert vermieden werden. Das DRP realisiert auf originelle Weise die Reservierung zukünftig von einer Station zur Datenübertragung benötigter Funkbetriebsmittel und vermeidet mit sehr hoher Sicherheit Interferenz in der 2-hop Umgebung jeder Station. Das Protokoll hat sich unter vielen konkurrierenden Vorschlägen für die Standardisierung eines MAC Protokolls für WPANs durchgesetzt. WPANs haben keine zentrale Steuerung durch APs, sodass das DRP nicht unmittelbar für Maschennetze anwendbar ist. Es wurde in dieser Arbeit für die Benutzung im WMN Standard weiterentwickelt, um daraus das WMN Protokoll MCCA zu schaffen. Herr Hiertz weist durch Systemsimulation in typischen Szenarien sowohl für das WPAN Protokoll DRP, als auch für das WMN Protokoll MCCA (und seinen Vorläufer MNA) die Überlegenheit gegenüber konkurrierenden Vorschlägen nach, die im Wesentlichen auf gezielter Interferenzvermeidung zwischen Stationen beruht. Er zeigt, dass die Kapazität der Netze deutlich höher ist und das Echtzeitverhalten für zeitkritische Anwendungen deutlich besser ist, als bei konkurrierenden Vorschlägen. Daneben wird die Koexistenz Fähigkeit mit bestehenden IEEE WLAN Protokollen nachgewiesen. Den Systemsimulator WARP2 hat er während seiner Arbeit zusammen mit Diplomanden entwickelt. Die Arbeit leistet entscheidende Beiträge zur Entstehung der genannten Standards für breitbandige Nahbereichsfunknetze (WPAN) und für drahtlose Maschennetze (WMN). Mündliche Prüfung: 22 Dezember 2011 Berichter: Prof. Walke Mitberichter: Frau Prof. Görg Resource Allocation and Reuse for Inter-Cell Interference Mitigation in OFDMA based Communication Networks Zheng Xie Mobile Breitbandsysteme nach Standard IEEE m (Broadband WiMAX) und 3GPP LTE/LTE-A übertragen OFDM/OFDMA basiert auf n x 20 MHz breiten Funkkanälen, die Mobilterminals als 180 khz breite Subchannel im Zeitmultiplex zugeteilt werden. Übertragungsraten von 100 Mbit/s bzw. 1 Gbit/s für schnell

7 Promotionen AC bzw. im Stadtgebiet (langsam) bewegte Mobilterminals (MT) sind möglich. Trotz ca. 750 MHz für Mobilfunk zugewiesener Frequenzbandbreite bestehen Zweifel, ob das durch drahtlose Internetnutzung bedingte in Zukunft erwartete Datenaufkommen bewältigt werden kann. Deshalb wird gefordert, dass Netzbetreiber ihr gesamtes Frequenzspektrum in jeder Funkzelle benutzen; man spricht von reuse-1. Das OFDM Verfahren ist sehr empfindlich gegen Gleichkanalstörungen (Interferenz). Frequenzpläne mit reuse-n (n>3), bei denen n benachbarte Zellen auf orthogonalen Frequenzen übertragen und dabei je 1/n des verfügbaren Spektrums benutzen sind nötig, um am Zellrand das erforderliche Signal-zu-Störleistungsverhältnis (SINR) für die geforderte Datenübertragungsrate zu erreichen. Bei reuse-n ist die Interferenz in jeder Zelle deutlich kleiner als bei reuse-1, gleichzeitig nimmt die Kapazität aufgrund der pro Zelle auf 1/n reduzierten Bandbreite ab. Der 3GPP LTE Standard schlägt Soft Frequency Reuse (SFR) vor, wo im Kernbereich jeder Zelle reuse-1 und im Randbereich reuse-3 benutzt wird. Im Kernbereich dürfen alle Frequenzen mit kleiner Sendeleistung genutzt werden; im Randbereich wird eine größere Leistung benutzt. Frau Xie ermittelt analytisch Leistungskenngrößen wie Zellkapazität, Zellversorgungsgrad und Spektrumseffizienz, vergleicht das SFR Verfahren mit reuse-1 und reuse-3 quantitativ und legt erstmals eine Bewertung des SFR Verfahrens vor. Die dynamische Vermeidung von Interferenz ist das Hauptziel Ihrer Arbeit. Sie wird mit standardisierten Pfadverlustmodellen und Szenarien unter LOS und NLOS Funkausbreitung untersucht. Frau Xie entwickelt und bewertet ein neues Verfahren Enhanced Fractional Frequency Reuse (EFFR) zur zellortspezifischen Wiederverwendung von Funkbetriebsmitteln, das reuse-1 und reuse-3 weit effizienter kombiniert als das SFR Verfahren, um Gleichkanalinterferenz gezielt zu vermeiden. Es gelingt durch ein analytisches, durch Simulation validiertes Modell und durch detailgetreue System Simulation mit dem Simulator openwns nachzuweisen (und die Gründe dafür transparent zu machen), dass EFFR erhebliche Leistungssteigerungen gegenüber reuse-1, reuse-3 und SFR für Downlink und Uplink Anwendungen ermöglicht. EFFR kombiniert die jeweils positiven Merkmale von reuse-1 und reuse-n und anderen bekannten Vorschlägen so, dass bei kleiner, mittlerer und großer Zellauslastung die Systemkapazität und der Zellversorgungsgrad erheblich höher sind als bei den bekannten Verfahren. Trotz der hohen Interferenzempfindlichkeit OFDM basierter Systeme wird dadurch auch im Bereich des Zellrandes, wo sich sehr viele MTs aufhalten, ihre Funkversorgung und Datenübertragungsrate deutlich verbessert. Für interferenzbegrenzte Systeme erreicht EFFR die höchste spektrale Effizienz unter allen betrachteten Verfahren. In durch Rauschen begrenzten Systemen erreicht EFFR nahezu die spektrale Effizienz von reuse-3, aber eine deutlich höhere Kapazität. Das im 3GPP Standard vorgeschlagene SFR Verfahren ist EFFR in allen Aspekten unterlegen. EFFR verringert die Interferenzbegrenzung erheblich und steigert dadurch die Kapazität zellularer Systeme. SFR und EFFR unterscheiden sich dadurch, dass EFFR die für den Zellrand reservierten Subchannel im Zellkern verbietet. Bei EFFR sind das Verhältnis r/r der Radien r für Zellkern und R für Zellrand, das Verhältnis der entsprechenden Sendeleistungen und das Verhältnis der Zahl M am Zellrand exklusiv genutzter reuse-n Känäle zur Zahl N der im Zellkern genutzten reuse-1 Kanäle veränderlich und szenariospezifisch optimierbar, statt statisch zu sein wie bei SFR. Die Arbeit leistet wesentliche Beiträge zur Verbesserung des Standes der Technik in der Funknetzplanung für mobile Breitbandsysteme. Mündliche Prüfung: 22 Dezember 2011 Berichter: Prof. Walke Mitberichter: Prof. Mathar Performance Evaluation of Packet Switched Services in UMTS Matthias Malkowski Mit dem 3GPP Standard UMTS Release R. 99 wurde im Jahr 2002 im zellularen Mobilfunk über den kanalvermittelten dedizierten Kanal (DCH) ohne/mit 7 multi-code Übertragung (unter günstigsten Umständen) eine Datenrate von 384/768 kbit/s erreicht. Im Jahr 2004 wurde mit UMTS R. 516QAM Modulation eingeführt und ein Multiplexkanal (HS-DSCH) für die Paketübertragung auf der Abwärtsstrecke standardisiert, der eine Datenrate von bis zu 1,6 Mbit/s und eine Zell-Spitzenkapazität von 12 Mbit/s erreicht wurde 64QAM Modulation eingeführt und damit die letzte Verbesserung des auf WCDMA basierten UMTS erreicht. Etwa gleichzeitig legte die Task Group 16 des IEEE Projektes 802 den auf OFDM Übertragung beruhenden, als Mobile Wi- MAX bekannten Standard IEEE e vor, der wesentliche Merkmale des 2007 geschaffenen Standards UMTS LTE (R.8) aufweist. Diese Arbeit entwickelt als ersten wesentlichen Beitrag einen bitgenauen link level Simulator zur Leistungsbewertung standardkonformer UMTS Übertragungsstrecken, validiert den Simulator bzgl. Bit- und Blockfehlerrate sowie Durchsatz bei UMTS konformer Modulation, Faltungs- und Turbocodierung für den physikalischen Kanal und validiert den Simulator auch bzgl. des logischen Kanals DCH in Abwärts- und Aufwärtsrichtung bei Verwendung standardkonformer Spreizfaktoren. Daneben wird die Blockfehlerrate des HS-DSCH als Funktion des Störabstandes SINR unter Berücksichtigung der 30 möglichen adaptiven Modulations- und Codierverfahren (AMC) für einen Gauss Kanal (AWGN) ermittelt und analytisch validiert. Auf Basis entsprechend entwickelter Grundlagen für das WiMAX System gelingt für RAKE und MMSE Empfänger der Durchsatzvergleich der physikalischen Kanäle und der logischen Kanäle der Standards UMTS R.5/7 und WiMAX untereinander und mit der Shannon Kapazität unter allen üblichen SINR Betriebsbedingungen für AWGN, Fußgänger- und Fahrzeugkanalmodelle. Beide Systeme erweisen sich als

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