Masterarbeit "Semantikbewusstes Routing für Multi-Hop IIoT-Infrastrukturen"

Semantische Kommunikation verlagert das Ziel der Datenübertragung von bitgenauer Zustellung auf aufgabenrelevante Bedeutung — und reduziert Bandbreite und Latenz für industrielle Anwendungen, indem nur das übermittelt wird, was für eine gegebene Inferenz- oder Steuerungsaufgabe relevant ist. Bestehende semantische Kommunikationsmodelle sind jedoch grundlegend lokale Optimierungen: Sie behandeln Kodierung und Dekodierung als isolierte Operationen an den Endpunkten und setzen voraus, dass Bedeutungsdegradation ausschließlich entlang einer einzelnen Verbindung auftritt und vollständig durch ein besseres Codec-Design kompensiert werden kann.

In Multi-Hop-6G-Netzwerken akkumuliert sich semantische Verzerrung nichtlinear über Pfade hinweg und hängt von dynamischen Wechselwirkungen zwischen Datenflüssen und Routingentscheidungen ab, die selbst keine Kenntnis vom semantischen Inhalt haben. Die Erweiterung endpunktzentrierter semantischer Modelle auf die Netzwerkebene würde erfordern, Stauungsdynamiken, mobilitätsbedingte Topologieänderungen und Interferenzen durch Querverkehr vorherzusagen und zu korrigieren — ein grundlegender Widerspruch, den bestehende Ansätze nicht auflösen. Diese Lücke wird in Bilen & Akyildiz (arXiv:2603.12695, 2026) formal charakterisiert, die einen Knowledge-Defined-Networking-Rahmen als ersten Schritt vorschlagen und klare Verbesserungen in ns-3-Simulationen nachweisen. Die vorliegende Arbeit baut unmittelbar auf diesem Ausgangspunkt auf.

Die Arbeit entwirft, implementiert und evaluiert ein semantikbewusstes Routingprotokoll für Multi-Hop-IIoT-Netzwerke über einem drahtlosen 6G-Substrat.

Deine Aufgabe:

Analyse der Mechanismen, durch die semantische Verzerrung über Multi-Hop-Pfade akkumuliert, sowie Charakterisierung der nichtlinearen Wechselwirkung zwischen Flussdynamik, Kanalbedingungen und Routingentscheidungen — aufbauend auf dem ns-3-Semantikkanal-Modul, das als gemeinsame Infrastruktur im Rahmen von SemComIIoT entwickelt wurde.
Entwurf eines semantikbewussten Routingprotokolls, das semantische Verzerrungsbudgets als Metadaten auf Paketebene mitführt, Weiterleitungspfade anhand eines Wissensgraphen auswählt, der Aufgabenkonzepte und Kontextbeziehungen kodiert, und adaptive Neukodierung auslöst, wenn die akkumulierte Verzerrung pfadspezifische Schwellenwerte überschreitet.
Implementierung des Protokolls als benutzerdefiniertes Ipv4RoutingProtocol in ns-3, integriert mit dem gemeinsamen Kanalmodul über ns3-ai für Wissensgraphenanfragen und Verzerrungsbudgetverwaltung durch eine Python-seitige semantische Reasoning-Engine.
Evaluation des Protokolls gegenüber Kürzestem-Pfad-, lastbasiertem und verzerrungsbasiertem Routing über repräsentative IIoT-Topologien — Sensor-zu-Edge-Inferenz, Edge-zu-Cloud-Aggregation und Multi-Hop-Relay-Szenarien — mit Messung von semantischer Zustellungsrate, akkumulierter Verzerrung, Neu-Routing-Häufigkeit und Aufgabengenauigkeit.
Beitrag des Routingmoduls als Open Tool innerhalb von SemComIIoT sowie der Ergebnisse zum gemeinsamen Survey- und Analysepaper.

Dein Profil:

Masterstudium in Informatik, Elektrotechnik, Nachrichtentechnik oder einem verwandten Fachgebiet.
Kenntnisse in Computernetzwerken, Routingprotokollen und/oder verteilten Systemen; Kenntnisse in semantischer Kommunikation, Wissensgraphen oder 6G-Netzwerkdesign sind von Vorteil.
Praktische Programmiererfahrung in C++ und Python.
Vertrautheit mit ns-3 oder ns3-ai ist wünschenswert.
Ausgeprägte analytische Fähigkeiten und Interesse an simulationsbasierter Evaluierungsmethodik, semantischer KI und IIoT-Systemdesign.
Sehr gute Englischkenntnisse in Wort und Schrift; Deutschkenntnisse sind von Vorteil.

Unser Angebot:

Ein spannendes und innovatives offenes Forschungsumfeld im Rahmen eines national geförderten F&E-Projekts.
Direkte Zusammenarbeit mit der Shandong University (China) und akademischen Forschungsgruppen im bilateralen DFG/NSFC-Projekt SemComIIoT.
Internationales, dynamisches Arbeitsumfeld mit hochqualifizierten und motivierten Kolleginnen und Kollegen.
Möglichkeit zur Publikation von Forschungsergebnissen und zur Mitarbeit an Open Tools, Datensätzen und einem Buch über Semantische Kommunikation für IIoT im Rahmen des SemComIIoT-Projekts.
Hinweis: Diese Stelle für diese Masterarbeit ist unentgeltlich.

Haben wir Dein Interesse geweckt?

Dann bewirb dich bitte mit einem Motivationsschreiben, einem ausführlichen Lebenslauf und einem aktuellen Zeugnis.

Job-ID: IioT-MSC-04-2026
Kontakt: Prof. Dr. Rute Sofia personal@fortiss.org