Studentische Arbeiten
Studentische Arbeiten im aktuellen Forschungsprojekt zu vergeben
Unten finden Sie eine Liste der aktuell zu vergebenden Master- und Bachelor-Arbeiten. Nach Themen für 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 für eine zukunftsfähige IoT-Sensorik zusammen mit mehreren Kooperationspartnern entwickelt. Grundlegende Funktionen sind dabei, dass mehrere Funkprotokolle auf einer geeigneten Hardware unterstützt werden können. Weiterhin soll die Firmware aktualisierbar sein. Hierfür sollen sichere Methoden eines zukünftigen IoT-Systemmanagements exemplarisch für das Open Source Betriebssystem RIOT OS („the friendly operation system for the Internet of Things“) entwickelt werden.
Bachelorarbeit mit Praxisphase: Evaluation von Implementierungen von „Firmware Over The Air“ im IoT
Starttermin: Beginn WS18/19
Mit der immer stärkeren Vernetzung im Internet der Dinge (IoT) wachsen auch die damit verbundenen Risiken. Während Schadsoftware wie Mirai noch auf relativ performante Router und Gateways zielt, steigt mit dem Einzug von IP in Funkstandards für den Markt des Smart Home und mit Direktanbindungen an Hersteller- und Public-Clouds auch das Gefahrenpotential für wenig performante Endgeräte wie beispielsweise Smart Light Bulbs und Temperatursensoren. Hier ist abzusehen, dass eine Aktualisierungsfähigkeit der Firmware (Update) zur Behebung von Sicherheitslücken nötig ist, um anfällige Geräte 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 Geräten aus. Eine einfache räumliche Zugänglichkeit ist oft nicht gegeben und macht eine drahtlose Wartung mit zentraler Verwaltung notwendig.
Im Rahmen dieser Thesis sollen existierende Lösungen für Firmware Over The Air (FOTA) Funktionalitäten auf ihre Verwendbarkeit in ressourcenschwachen IoT-Geräten im Einsatzszenario Smart Home und AAL untersucht werden. Hierbei soll von einem batteriebetriebenen System on a Chip (SoC) in der Größenordnung 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 unabhängig erfolgen. Von besonderem Interesse ist außerdem die Frage, wie sich eine Verlagerung von Funktionalitäten 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 für Smart Home klar aufgeteilt. Ein Produkt wurde zumeist für ein bestimmtes herstellerspezifisches Netz verkauft. Eine Nutzung im Netz eines anderen Herstellers war nicht vorgesehen. So ist zum Beispiel eine Glühbirne mit Funkmodul auf Zigbee-Basis nicht ohne weiteres mit einer Fernbedienung zu steuern, die Bluetooth Low Energy (BLE) als Funktechnik nutzt. Selbst Gateway-Lösungen zur Verbindung unterschiedlicher Netze können diese grundsätzliche Trennung nicht aufheben. Mit dem Einzug von multiprotokollfähigen IoT-Geräten und der Verbreitung von IP in Funkstandards für Smart Home verändert sich dies. Der Trend geht zu einer einfacheren Austauschbarkeit der verwendeten Hardware und einer herstellerunabhängigen Interaktion. Mit der Option, ein Gerät zukünftig sowohl in Funknetzen auf Basis von BLE als auch auf von Zigbee verwenden zu können, verschiebt sich auch das Alleinstellungsmerkmal der unterschiedlichen Protokolle im IoT in die Applikationsschicht. Diese Entwicklung lässt sich recht anschaulich an der Unterstützung von „IP over BLE“ und der Portierung der Zigbee-Applikationsschicht für IP („Zigbee Cluster Library over IP“ auch bekannt als „dotdot“) erkennen. Die Verwendung eines multiprotokollfähigen System on a Chip (SoC) in den ersten auf dem Markt befindlichen Produkten (z.B. Smart Light-Bulbs von Ikea) ist hierfür ein weiteres Beispiel. Unter der Annahme, dass in Zukunft Geräte unabhängig vom Hersteller beziehungsweise verwendetem Funkprotokoll IP unterstützen und Anwendungsprofile schlicht auf UDP aufsetzen, stellt sich die Frage nach Unterschieden und Gemeinsamkeiten von existierenden Applikationsschichten für 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.
Bachelor-Arbeit mit Praxisphase: Trendermittlung von Metriken im Build-Prozess
Starttermin: Beginn WS18/19
Für 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 anschließend für die Software-Entwickler aussagekräftig in Bezug auf die Softwarequalität aufbereitet und dargestellt werden. Bisher wird jedem einzelnen Testlauf in Jenkins eine sogenannte Build-ID zugeordnet. Die Testauswertung erfolgt standardmäßig für jede Build-ID mit Erfolgsstatus, Timestamp, Dauer, Auslösegrund, Änderungen der Jenkins-Konfiguration, Änderungen der Git Revision Data sowie der Konsolenausgaben. Bisher sind Vergleiche zwischen Testläufen nicht möglich. Lediglich der zeitliche Zusammenhang aller Tests wird in einem Zeitdiagramm erfasst.
Aufgabe dieser Arbeit ist es zunächst zu analysieren, welche konkreten Tests projektrelevant sind und wie diese für den Entwickler nachvollziehbar darstellbar aufgearbeitet werden könnten. 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 Objektgröße oder von ausführbaren Code zur Laufzeit erkennbar machen. Im Weiteren ist zu untersuchen, welche weiteren Analyse-Werkzeuge beispielsweise in Form eines Jenkins-Plugins oder weiterer Metrik-Tools verfügbar 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 für 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 Trendabschätzung durchgeführt werden kann. Weiterhin soll eine Planvorgabe mit Ist-Vergleich durchführbar sein. Dabei soll analysiert werden, welche Rückschlüsse aus den ermittelten Trends zusammen mit typischen Analyseergebnissen der statischen und dynamischen Codeanalyse geschlossen werden können.
Masterarbeit (alternativ Teile der Arbeit als vertiefende F&E-Studien): Analyse, prototypische Umsetzung und Evaluation eines sicheren Systemmanagements für IoT-Plattformen
Starttermin: beliebig
Für 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 Implementierungsansätze in den verschiedenen Betriebssystemkomponenten des Netzwerkstacks bestehen und welche Vor- und Nachteile die Ansätze 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 Lösungen und Protokollen zum IoT-Systemmanagement soll aufzeigen, inwieweit diese als Grundlage für eine prototypische Implementierung geeignet sind. Auf Basis der Analysen soll prototypisch eine Implementierung eines gesicherten Systemmanagements erfolgen, welches die Funktionen der Erkennung von neuen Geräten (Neighbor Discovery) und dem Koppeln eines IoT-Geräts 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 Lösung 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 Nachrüstung von IT-Sicherheitstechnik
Die zunehmende Vernetzung von physischen und virtuellen Gegenständen und Systemen, of als Internet of Things (IoT) beschrieben, schreitet voran. Durch die zunehmende Vernetzung entstehen neue Angriffsmöglichkeiten insbesondere dort, wo bestehende Systeme in einer geschlossenen IT-Architektur konzipiert waren. Mit der Vernetzung entsteht der Bedarf der Nachrüstung mit Sicherheitslösungen. Bei bestehenden komplexen Systemen können nachträglich eingefügte Sicherheitsmaßnahmen allerdings zu vorher nicht absehbaren Folgen führen. Am Beispiel der Vernetzung von verteilten Produktionsressourcen in industriellen Anlagen (Produktionsmaschinen, Roboter, Förder- und Lagersysteme, Betriebsmittel), oft auch als Industrie 4.0 bezeichnet, lassen sich Probleme mit großen 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 Nachrüstungen mit Sicherheitstechnik bereits vor der eigentlichen Installation aufzeigen. Potentielle Probleme sollen somit frühzeitig erkennbar werden und können idealerweise in die Planung der Nachrüstung 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.