o grande lance, se vc quer fazer algo em redes, eh dividir o problema em 7 camadas (modelo OSI) e atacar cada uma delas individualmente, da primeira para a ultima:
http://en.wikipedia.org/wiki/OSI_model
assim vc comecaria definindo q topologia fisica quer usar. por exemplo, pq vc nao tenta algo em cima de zigbee ? existem mcus jah com zigbee on-chip, como o MC13213. com isso vc poderia montar modulos jah com o mcu e o zigbee integrados. outra opcao seria um mcu com ethernet e phy on-chip, como o MCF52233.
de acordo com a topologia fisica, claro, vc vai prender algumas camadas a essa opcao, mas independente disso vc pode bolar as camadas de mais alto nivel, permitindo o controle remoto de dispositivos e transferencias de dados. dependendo do mcu, vc poderia ateh implementar uma stack ip.
tendo essas camadas de base, entao vc pode entao escolher uma aplicacao em particular, q pode ser um dos varios citados, como por exemplo, uma casa inteligente, aquisicao de dados remotos, controle remoto de maquinas, etc.
lembrando sempre que vc tem q escolher a aplicacao levando em conta o dimensionamento de trafego q as camadas de baixo suportam!
e, claro, tem q pensar no q existe de inovacao em suas escolhas, afinal o objetivo do mestrado nao seria mostrar o q se pode fazer com a tecnologia disponivel, mas mostrar alguma *inovacao* que se pode fazer com a tecnologia disponivel.