Studentische Arbeiten

Studentische Arbeiten im aktuellen Forschungsprojekt zu vergeben

Unten finden Sie eine Liste der aktuell zu vergebenden Master- und Bachelor-Arbeiten. Nach Themen f√ľr R&D Studies fragen Sie bitte direkt. Bei Interesse melden Sie sich bitte bei Prof. Dr. Jens-Peter Akelbein.

 

Im Rahmen des Forschungsprojekts BASE MoVE wird von der Embedded System Technology Arbeitsgruppe (EST) eine Plattform f√ľr eine zukunftsf√§hige IoT-Sensorik zusammen mit mehreren Kooperationspartnern entwickelt. Grundlegende Funktionen sind dabei, dass mehrere Funkprotokolle auf einer geeigneten Hardware unterst√ľtzt werden k√∂nnen. Weiterhin soll die Firmware aktualisierbar sein. Hierf√ľr sollen sichere Methoden eines zuk√ľnftigen IoT-Systemmanagements exemplarisch f√ľr das Open Source Betriebssystem RIOT OS (‚Äěthe friendly operation system for the Internet of Things‚Äú) entwickelt werden.

 

 

Bachelorarbeit mit Praxisphase: Evaluation von Implementierungen von ‚ÄěFirmware Over The Air‚Äú im IoT

Starttermin: Beginn WS18/19

Mit der immer st√§rkeren Vernetzung im Internet der Dinge (IoT) wachsen auch die damit verbundenen Risiken. W√§hrend Schadsoftware wie Mirai noch auf relativ performante Router und Gateways zielt, steigt mit dem Einzug von IP in Funkstandards f√ľr den Markt des Smart Home und mit Direktanbindungen an Hersteller- und Public-Clouds auch das Gefahrenpotential f√ľr wenig performante Endger√§te wie beispielsweise Smart Light Bulbs und Temperatursensoren. Hier ist abzusehen, dass eine Aktualisierungsf√§higkeit der Firmware (Update) zur Behebung von Sicherheitsl√ľcken n√∂tig ist, um anf√§llige Ger√§te nicht vorsorglich vom Netz zu nehmen oder gar zu entsorgen. Das Einsatzszenario Smart Home und Ambient Assisted Living (AAL) zeichnet sich hier vor allem durch eine Vielzahl unterschiedlicher Ger√§ten aus. Eine einfache r√§umliche Zug√§nglichkeit ist oft nicht gegeben und macht eine drahtlose Wartung mit zentraler Verwaltung notwendig.

Im Rahmen dieser Thesis sollen existierende L√∂sungen f√ľr Firmware Over The Air (FOTA) Funktionalit√§ten auf ihre Verwendbarkeit in ressourcenschwachen IoT-Ger√§ten im Einsatzszenario Smart Home und AAL untersucht werden. Hierbei soll von einem batteriebetriebenen System on a Chip (SoC) in der Gr√∂√üenordnung eines ARM Cortex M4 und der Verwendung von RIOT OS ausgegangen werden. Weiter sollen die Umsetzungen auf ihre Robustheit und Energieeffizienz untersucht werden und von der Hardware unabh√§ngig erfolgen. Von besonderem Interesse ist au√üerdem die Frage, wie sich eine Verlagerung von Funktionalit√§ten in die Bootphase auf das System auswirken.

 

 

Bachelorarbeit mit Praxisphase: Evaluation der Applikationsschichten ausgewählter IoT-Protokolle im Smart Home

Starttermin: Beginn WS18/19

Bis vor kurzem war die Produktlandschaft im Markt f√ľr Smart Home klar aufgeteilt. Ein Produkt wurde zumeist f√ľr ein bestimmtes herstellerspezifisches Netz verkauft. Eine Nutzung im Netz eines anderen Herstellers war nicht vorgesehen. So ist zum Beispiel eine Gl√ľhbirne mit Funkmodul auf Zigbee-Basis nicht ohne weiteres mit einer Fernbedienung zu steuern, die Bluetooth Low Energy (BLE) als Funktechnik nutzt. Selbst Gateway-L√∂sungen zur Verbindung unterschiedlicher Netze k√∂nnen diese grunds√§tzliche Trennung nicht aufheben. Mit dem Einzug von multiprotokollf√§higen IoT-Ger√§ten und der Verbreitung von IP in Funkstandards f√ľr Smart Home ver√§ndert sich dies. Der Trend geht zu einer einfacheren Austauschbarkeit der verwendeten Hardware und einer herstellerunabh√§ngigen Interaktion. Mit der Option, ein Ger√§t zuk√ľnftig sowohl in Funknetzen auf Basis von BLE als auch auf von Zigbee verwenden zu k√∂nnen, verschiebt sich auch das Alleinstellungsmerkmal der unterschiedlichen Protokolle im IoT in die Applikationsschicht. Diese Entwicklung l√§sst sich recht anschaulich an der Unterst√ľtzung von ‚ÄěIP over BLE‚Äú und der Portierung der Zigbee-Applikationsschicht f√ľr IP (‚ÄěZigbee Cluster Library over IP‚Äú auch bekannt als ‚Äědotdot‚Äú) erkennen. Die Verwendung eines multiprotokollf√§higen System on a Chip (SoC) in den ersten auf dem Markt befindlichen Produkten (z.B. Smart Light-Bulbs von Ikea) ist hierf√ľr ein weiteres Beispiel. Unter der Annahme, dass in Zukunft Ger√§te unabh√§ngig vom Hersteller beziehungsweise verwendetem Funkprotokoll IP unterst√ľtzen und Anwendungsprofile schlicht auf UDP aufsetzen, stellt sich die Frage nach Unterschieden und Gemeinsamkeiten von existierenden Applikationsschichten f√ľr IoT Protokolle im Smart Home.

Im Rahmen dieser Arbeit sollen Standards wie Zigbee Cluster Library over IP (dotdot), Googles Weave sowie Device Management Protokolle wie LWM2M auf ihre Verwendbarkeit im Einsatzszenario Smart Home und Ambient Assisted Living verglichen werden. Neben funktionalen Gemeinsamkeiten und Unterschieden sind nichtfunktionale Eigenschaften wie Sicherheitsmerkmale der Spezifikationen sowie Performanz und Robustheit der Umsetzungen Gegenstand der Evaluation.

NXP Projection: IP as Network Convergence Layer

Bachelor-Arbeit mit Praxisphase: Trendermittlung von Metriken im Build-Prozess

Starttermin: Beginn WS18/19

 

F√ľr das im BASE MoVE-Projekt verwendete RIOT-OS sowie hierauf aufbauender Funktionen wird eine Testautomation auf Basis von Jenkins in Kombination mit geeigneten Testautomation-Frameworks eingesetzt. Akzeptanztests sollen Build-Vorgang, Code-Analysen in Verbindung mit Metrik-Tools sowie weitere Run-Tests beinhalten. Die Ergebnisse dieser Akzeptanztests sollen dauerhaft gespeichert und anschlie√üend f√ľr die Software-Entwickler aussagekr√§ftig in Bezug auf die Softwarequalit√§t aufbereitet und dargestellt werden. Bisher wird jedem einzelnen Testlauf in Jenkins eine sogenannte Build-ID zugeordnet. Die Testauswertung erfolgt standardm√§√üig f√ľr jede Build-ID mit Erfolgsstatus, Timestamp, Dauer, Ausl√∂segrund, √Ąnderungen der Jenkins-Konfiguration, √Ąnderungen der Git Revision Data sowie der Konsolenausgaben. Bisher sind Vergleiche zwischen Testl√§ufen nicht m√∂glich. Lediglich der zeitliche Zusammenhang aller Tests wird in einem Zeitdiagramm erfasst.

Aufgabe dieser Arbeit ist es zun√§chst zu analysieren, welche konkreten Tests projektrelevant sind und wie diese f√ľr den Entwickler nachvollziehbar darstellbar aufgearbeitet werden k√∂nnten. Eine weitere Fragestellung ist es, ob und wie sich diese konkreten Test-Ergebnisse im zeitlichen Verlauf miteinander vergleichen lassen. Dies soll Trends im Softwareentwicklungsprozess wie z. B. die Zunahme der Objektgr√∂√üe oder von ausf√ľhrbaren Code zur Laufzeit erkennbar machen. Im Weiteren ist zu untersuchen, welche weiteren Analyse-Werkzeuge beispielsweise in Form eines Jenkins-Plugins oder weiterer Metrik-Tools verf√ľgbar sind und ob ein Einsatz im Projekt BASE MoVE sinnvoll ist. Als Abschluss des Praxisteils sollen diese Analyse-Werkzeuge in die bisher bestehende Testautomation als Teiltestschritte integriert werden. Die Ergebnisdaten der Tests sollen dauerhaft gespeichert und f√ľr den Anwender (SW-Entwickler) grafisch aufgearbeitet werden.

Die Bachelor-Thesis soll evaluieren, ob mit einer Zeitreihenanalyse der Softwaretests ein Trendmodell zugrunde gelegt oder extrahiert sowie eine Trendabsch√§tzung durchgef√ľhrt werden kann. Weiterhin soll eine Planvorgabe mit Ist-Vergleich durchf√ľhrbar sein. Dabei soll analysiert werden, welche R√ľckschl√ľsse aus den ermittelten Trends zusammen mit typischen Analyseergebnissen der statischen und dynamischen Codeanalyse geschlossen werden k√∂nnen.

 

 

Masterarbeit (alternativ Teile der Arbeit als vertiefende F&E-Studien): Analyse, prototypische Umsetzung und Evaluation eines sicheren Systemmanagements f√ľr IoT-Plattformen

Starttermin: beliebig

F√ľr Funktionen des Systemmanagements von IoT-Plattformen wie der Aktualisierung der Firmware oder dem Umschalten zwischen unterschiedlichen Firmwareversionen soll an Hand des Open Source Betriebssystems RIOT OS analysiert werden, welche Implementierungsans√§tze in den verschiedenen Betriebssystemkomponenten des Netzwerkstacks bestehen und welche Vor- und Nachteile die Ans√§tze bieten. Dabei sollen als IoT-Hardware zwei Varianten mit und ohne Einsatz eines aktuellen Crypto-Prozessors die Grundlage bilden. Als Evaluationskriterium dient die Integrierbarkeit des Systemmanagements mit Funkprotokollen wie 6loWPAN oder Bluetooth und hierauf aufbauender Anwendungen. Eine weitere Analyse von bestehenden offenen L√∂sungen und Protokollen zum IoT-Systemmanagement soll aufzeigen, inwieweit diese als Grundlage f√ľr eine prototypische Implementierung geeignet sind. Auf Basis der Analysen soll prototypisch eine Implementierung eines gesicherten Systemmanagements erfolgen, welches die Funktionen der Erkennung von neuen Ger√§ten (Neighbor Discovery) und dem Koppeln eines IoT-Ger√§ts mit einem Gateway (Pairing) implementiert. Weiterhin soll die Implementierung die grundlegenden Eigenschaften der Sicherung der Aktualisierung von Firmware (Image Update) und dem Umschalten zwischen Firmwareversionen (Image Switching) bilden. Eine Evaluierung verschiedener Bedrohungsszenarien im IoT soll den Grad der Sicherheit der gefundenen L√∂sung und deren Grenzen aufzeigen.

 

Teile der Themenstellungen der Masterarbeit können in Form einer F&E-Studie (Belegnummer 41.4974) bearbeitet werden.

 

 

Masterarbeit (alternativ Teile der Arbeit als vertiefende F&E-Studien): Modellierung und Simulation von IoT-Systemen zur Identifikation von Folgewirkungen bei der Nachr√ľstung von IT-Sicherheitstechnik

Die zunehmende Vernetzung von physischen und virtuellen Gegenst√§nden und Systemen, of als Internet of Things (IoT) beschrieben, schreitet voran. Durch die zunehmende Vernetzung entstehen neue Angriffsm√∂glichkeiten insbesondere dort, wo bestehende Systeme in einer geschlossenen IT-Architektur konzipiert waren. Mit der Vernetzung entsteht der Bedarf der Nachr√ľstung mit Sicherheitsl√∂sungen. Bei bestehenden komplexen Systemen k√∂nnen nachtr√§glich eingef√ľgte Sicherheitsma√ünahmen allerdings zu vorher nicht absehbaren Folgen f√ľhren. Am Beispiel der Vernetzung von verteilten Produktionsressourcen in industriellen Anlagen (Produktionsmaschinen, Roboter, F√∂rder- und Lagersysteme, Betriebsmittel), oft auch als Industrie 4.0 bezeichnet, lassen sich Probleme mit gro√üen Folgen wie der Stillstand von Teilen oder der gesamten Produktionskette aufzeigen.

Im Rahmen dieser Thesis sollen geeignete Methoden zur Modellierung und Simulation identifiziert und untersucht werden, die Folgewirkungen von Nachr√ľstungen mit Sicherheitstechnik bereits vor der eigentlichen Installation aufzeigen. Potentielle Probleme sollen somit fr√ľhzeitig erkennbar werden und k√∂nnen idealerweise in die Planung der Nachr√ľstung einbezogen und vermieden werden.
Die Fragestellung lässt sich auf mehrere studentische Arbeiten mit jeweils unterschiedlichen Ansätzen der Modellierung und Simulation ausweiten.

 

Teile der Themenstellungen der Masterarbeiten können in Form einer F&E-Studie (Belegnummer 41.4974) bearbeitet werden.