Seminar

Am vierten Montag im Monat informiert das CoSA Seminiar über aktuelle Themen des CoSA Kompentenzentrum und darüber hinaus. Das CoSA Seminar ist ein Ort um Abschlussarbeiten vorzustellen, neue Forschungsergebnisse zu präsentieren oder um sich miteinander auszutauschen. 

Wenn Sie ein spannendes Thema vorstellen möchten, wenden Sie sich bitte an Mathias Pelka.

 

22.06.2015 25. CoSA-Seminar

Stefan Krause: Analyse sozialer Systeme im Tierreich 

Die moderne Biologie versucht mit zunehmendem Erfolg komplexe soziale Systeme in der Natur zu verstehen, indem sie quantitative Methoden auf die Erforschung von Sozialverhalten und sozialen Strukturen anwendet. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse sind nicht nur aus rein biologischer Sicht von Interesse und nicht nur auf das Tierreich beschränkt. Manches lässt sich auch auf gesellschaftliche und organisatorische Bereiche des Menschen übertragen. 

Die untersuchten Systeme bestehen in der Regel aus weitgehend autonomen, stark miteinander interagierenden Elementen (den beteiligten Individuen). Es ist deshalb nicht überraschend, dass sich bei der Entwicklung und der Anwendung der dafür erforderlichen Modelle Methoden der Informatik als sehr hilfreich erweisen.

Der Vortrag möchte anhand verschiedener Beispiele aus dem Tierreich einen kleinen Einblick in dieses Forschungsgebiet geben. Im Mittelpunkt wird dabei eine Untersuchung an Guppys in Flüssen des Bergregenwalds auf Trinidad stehen, angefangen von der Datensammlung im Feld bis hin zu einer kurzen Betrachtung von Ergebnissen.

Marcus Meiburg: Ein Modell zur Untersuchung von Bewegungsmustern unabhängiger Agenten 

Anknüpfend an den ersten Vortrag über die Analyse sozialer Systeme im Tierreich wird eine (noch in Arbeit befindliche) Bachelorarbeit vorgestellt, in deren Mittelpunkt die Entwicklung eines sogenannten Nullmodells steht. In diesem Fall geht es dabei um ein Simulationsmodell, das die Untersuchung von quasi-realistischen Bewegungsmustern einer Menge von unabhängigen Agenten erlaubt. Die Bewegungen der Agenten werden durch wenige Parameter gesteuert und in einer zeitdiskreten Simulation durchlaufen, ggf. visualisiert und ausgewertet. Ein solches Modell könnte z.B. dafür eingesetzt werden, um in der Beobachtung eines echten Systems das Vorhandensein von Abhängigkeiten zwischen den Agenten nachzuweisen.

Der Vortrag wird vor allem auf die Entstehung und die Besonderheiten des Modells eingehen und dessen Umsetzung als Softwarelösung präsentieren.

25.05.2015 24. CoSA-Seminar

Martin Mackenberg: Simulation, Entwicklung und Evaluation eines modularen und FPGA-basierten Software Defined Transceiver für optische Unterwasser Kommunikation

Akustische Kommunikation war für lange Zeit die Standard-Lösung für drahtlose Unterwasser-Kommunikation, allerdings führen neue Anwendungen im Bereich der autonomen Unterwasser-Fahrzeuge zu steigenden Anforderungen und veränderten Prioritäten. Es werden hohe Datenraten benötigt, die akustische Kommunikation wegen der begrenzten Bandbreite nicht bieten kann. Im Rahmen des Projekts BOSS wird ein optischer Transceiver für die Unterwasser-Kommunikation implementiert. Hierzu wird zunächst eine Simulation für die Ausbreitung von Licht in Meerwasser beschrieben und anschließend der Prototyp vorgestellt. Dieser verwendet das Open Source Red Pitaya Entwicklungsboard als Plattform. Die Signalverarbeitung findet komplett in Software statt. Abschließend werden Messergebnisse zur Reichweite, Daten- und Fehlerraten diskutiert.

 

Torsten Teubler: Integrating Expert System CLIPS into DUNE for AUV Control

In this paper, we motivate the need for a flexible and robust system architecture for autonomous underwater vehicles. We present a novel concept for integrating the expert system CLIPS into an AUV navigation environment DUNE. Our approach provides complete tool support for automatic source code generation and therefore allows fast and target-oriented development of control software for AUVs. We present the design of the architecture comprised of DUNE and CLIPS. In an application example we describe each step of the software development with implementation details. We show the benefits of such an expert system for a flexible AUV control. For evaluation we measure the execution time of the system and the number of fired rules of our expert system. By that we demonstrate that the approach is suited for embedded hardware of an AUV.

27.04.2015 23. CoSA-Seminar

Peter-Christian Quint - Vorstellung des Forschungsprojektes cloudTRANSIT

Mit dem Fokus auf kleine und mittelständige Unternehmen untersucht das BMBF geförderte Projekt cloudTRANSIT, wie technologische Abhängigkeiten von IaaS (Infrastructure as a Service)-Anbieter verhindert werden können. Umgesetzt werden soll dies über eine Cloud-Service-Beschreibungssprache die typische Cloud-Komplexitäten wie Auto-Skalierung und Lastenausgleich unterstützt. Dafür werden zunächst public und private IaaS – Infrastrukturen analysiert und eine private Cloud-Infrastruktur aufgebaut. Im weiteren Verlauf des Projektes wird ein Prototyp der Cloud-Service-Beschreibungssprache erstellt und entsprechende Studien durchgeführt. Der Vortrag stellt das Projekt cloudTRANSIT vor und berichtet detailliert über den aktuellen Forschungsstand und die kommenden Aufgaben.

 

Tim Esemann: Receiving more than Data - A Signal Model and Theory of a Cognitive IEEE 802.15.4 Receiver

In standard medium access, transmitters perform spectrum sensing. Information about concurrent interferers is gained mainly during this sensing period.Especially during transmission respectively reception there is a blind gap where transmitter and receiver have limited capabilities to detect interferer. Standard radio receiver devices for IEEE 802.15.4 provide solely data output and no cognitive capabilities. Particularly mobile interferer create problems when moving gradually into reception range. First, they create small interference before actually causing collision later, when approaching. However, small interference is not yet detectable by today’s transceivers. As a solution, we provide a signal model and an architecture for an extended cognitive IEEE 802.15.4 receiver as a basis for advanced signal processing for interference detection. The results of our theoretical analysis verify that the received signal contains signal marks of the interferer and therefore holds more information than transmitted data. Our theory is evaluated by simulations and experiments with a pair of IEEE 802.15.4 transmitter and an extended cognitive receiver. 

23.03.2015 22. CoSA-Seminar

Mathias Pelka - Mobile Robot Localization with Localization Optimized QR Codes

Indoor navigation is a prerequisite for new emerging applications for autonomous mobile robots. Additionally to the location of a robot, the orientation is important for these applications. Furthermore, a solution to this localization problem should be inexpensive and easily extensible to new areas of a building. We propose inexpensive optical landmarks based on localization optimized Quick Response (QR) code for localization of the landmark within an image to reduce computational cost. We further specify the error correction level, border, and size of the QR code for optimal localization. The proposed QR code combines GPS coordinates and local coordinates which allows seamless integration of our approach. We perform image processing to estimate the distance and orientation of a mobile robot with respect to the localization optimized QR code. To evaluate our approach we implemented the approach in an Android application and measured the performance in experiments. Additionally, we suggest a method to retrieve more accurate GPS information based on the measured orientation and distances. Our implementation achieves update rates of up to 3 Hz and an accuracy of 1 cm up to a distance of 1 m with localization optimized QR code.

23.02.2015 21. CoSA-Seminar

Wolfram Böge : Entwicklung einer flexiblen Antenne für eine Gateway-Boje

Eine Gateway-Boje ist eine nicht verankerte Kommunikationsschnittstelle zwischen der Überwasser- (Funk) und der Unterwasser- (Ultraschall) Kommunikation. Die Gateway-Boje verfügt über einen Antrieb und kann autonom an eine andere Position verfahren Die starre Antenne für den Funk ist ca. 1m lang und wirkt sich negativ auf die Fahreigenschaften aus.

In einer Semesterarbeit wurde eine Ansteuerung für eine flexible (aufblasbare) Antenne aufgebaut

 

Tahir Akram: Performance Evaluation of Cooperative Sensing via IEEE 802.15.4 Radio.

Spectrum Sensing is one of the important tasks for the wireless devices but due to fading, shadowing and noise the performance of individual spectrum sensing devices is not ideal. Cooperative Sensing is seen as a way to improve the performance of individual spectrum sensing devices resultantly improving the efficient utilization of radio bandwidth and minimizing the interference among wireless devices. State of the art are extensive simulations and analysis on cooperative sensing although there are also number of performance evaluations of various fusion rules of cooperative sensing using software defined radios and FPGAs. The limitation of previous work is that they do not address the question how we can improve the overall performance of real systems with cooperative sensing. To the best of our knowledge, this is the first experimental work which presents cooperative sensing protocols with standard radios and evaluates the system performance using cooperative sensing. With IEEE 802.15.4 equipped radio devices we model primary, secondary and cooperating users. We implement cooperative sensing protocols, setup a scenario, perform measurements and compare system performance with and without cooperative sensing. All the experiments are automated with the wisebed testbed software. The evaluation results of cooperative sensing protocols indicate new challenges for optimization and provide awareness to the problem of improving the overall system performance.

26.01.2015 20. CoSA-Seminar

Sophie Jent - Vorstellung EngAGE-Coache

Im EngAGE-Projekt wird ein Online-Coach für Selbstständige und Beschäftigte mit individualisierten Arbeitstätigkeiten entwickelt. Mithilfe des EngAGE-Coaches sollen die AnwenderInnen für ihre Belastungen und Ressourcen sensibilisiert und die Gestaltung von Arbeitsaufgaben, Arbeitszeiten, Erholung, sozialer Unterstützung und Ergonomie gefördert werden.

Im Rahmen des Projektes wurde eine Interviewstudie durchgeführt, um Anforderungen, Belastungen, Ressourcen und Strategien der Zielgruppe zu analysieren. Die Interviewergebnisse mit Schwerpunkt auf soziale Ressourcen, Ergonomie und IT und die daraus folgenden Inhalte für den Coach werden in diesem Vortrag vorgestellt.

 

 Lenka Hanesova - Vorstellung von FULFILL

FULFILL ist ein Framework, um Messdaten einer Lokalisierungs-Anwendung für den Innenbereich zu speichern, sie zu verarbeiten und visualisieren. Dabei wird der Messaufbau des m:flo Projekts, welcher aus mehreren Anker-Knoten und Tags besteht, die miteinander kommunizieren, um Entfernungen messen zu können, in dem Framework integriert. Mit Hilfe von FULFILL ist es dem Benutzer später möglich, die Positionen von Tags Live mit der VisualizationEngine nachzuverfolgen und die für die Anwendung geeigneten Algorithmen und Filter auszuwählen.

24.11.2014 19. CoSA-Seminar

Grigori Goronzy - Vorstellung des Forschungsprojektes LOCIC

Das neue vom BMWi (ZIM) geförderte Forschungsprojekt LOCIC wird in diesem Vortrag vorgestellt. Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines kosteneffektiven Indoor-Lokalisationssystems für Telepräsenzroboter. Das Lokalisationssystem soll in der Lage sein, den Roboter mit einer Genauigkeit von wenigen Zentimetern zu lokalisieren, sodass Navigation in Innenräumen ohne Probleme möglich ist. Der Projektpartner nolo design entwickelt Hardware, Navigation und Steuerung eines Telepräsenz-Systems. Aufgabe des CoSA ist die Erforschung der Möglichkeiten der Indoor-Lokalisierung, um letztendlich ein kostengünstiges und für den Anwendungsfall praktikables Lokalisationssystem zu entwickeln. Dabei soll absolute Lokalisierung mit Odometrie und ggf. anderen Techniken verbunden werden.

Martin Mackenberg - Software Defined Transceiver for Underwater Communication

New applications for autonomous underwater vehicles require underwater wireless communication with data rates up to several megabit per second and a transmission range up to several meter.  Regular radio transceivers achieve a poor performance in seawater. Therefore, our project evaluates and implements new approaches for optical, acoustic and electric underwater communication. The goal is to implement a flexible software defined transceiver consisting of a FPGA with exchangeable communication modules.

20.10.2014 18. CoSA-Seminar

Mathias Pelka – Accurate Radio Distance Estimation by Phase Measurements with Multiple Frequencies

Indoor localization is important for logistics, industrial applications and for several consumer applications. In the area of logistics, e.g. warehouses, localization accuracy within a few meters is desired. Available radio based systems within that accuracy are neither cost effective nor easy to deploy. Distance estimation together with triangulation are one of the standard solutions for localization. In this work, we propose phase measurements between two wireless sensor nodes for distance estimation. We introduce a mathematical modelto estimate distances from phase measurements with multiple frequencies and provide a systematic analysis of possible sources of errors. Additionally, we derive requirements, e.g. resolution for a phase measurement unit to achieve a given accuracy. We present measurements for evaluation to confirm our theoretical results. Our implementation comprises a low cost IEEE 802.15.4 hardware with a built-in phase measurement unit. We implement the developed algorithm for distance estimation in our wireless sensor networks and use two wireless sensor nodes to perform a phase measurement. The contributions of the paper comprise a new model for phase measurements to estimate distances and a preliminary evaluation with our hardware.

 

Christian Bollmeyer – Evaluation of Radio Based, Optical and Barometric Localization for Indoor Altitude Estimation in Medical Applications

The advances of electronics provide options for improved monitoring of patients in clinical environment. Medical applications like blood pressure monitoring require precise and wireless altitude measurement in indoor environment. An error of more than a few centimeters bear a risk of mistreatment of patients. Furthermore, user requirements like small form factor, usability and robust operation are important in the medical field. Existing evaluations of indoor positioning systems focus on accuracy analysis of x- and y-coordinates and not on the z-coordinate (altitude). In this paper, we define evaluation criteria for altitude estimation in medical applications. We compare an Ultra-Wide-Band indoor positioning system, an optical Microsoft Kinect camera system and our own development of a wireless barometric sensor against these criteria. We present a comparative measurement setup, results and a final evaluation of the three systems in an indoor environment. 

22.09.2014 17. CoSA-Seminar

Christian Bollmeyer - Experimental Evaluation & Optimization of a UWB Localization System for Medical Applications

 In the field of logistics, industrial applications and especially medical systems indoor localization plays an important role. In this paper we investigate the usage of a general purpose ultra wide band (UWB) localization system for an extended monitoring of invasive blood pressure (IBP) measurement of a patient. For precise IBP measurements the height of the transducer has to be on the same level as the reference point (e.g. the right atrium) of the patient. Changes in body posture of a patient during surgery introduce an offset error to IBP measurement. Manual adjustment of transducer to the altitude of the reference point is difficult and error-prone in daily routine. Consequently, the important localization parameter of the UWB system is the altitude of this reference point on a lying patient. So far no evaluation of UWB for this medical application or detailed measurements in multi-path environments is available. The accuracy in this medical environment is unknown. In this paper we perform an experimental evaluation of the accuracy of the UWB system. For a further improvement of the performance we design and implement fingerprinting and Kalman filtering as an extension of the original system especially targeted for this medical application. Finally, we evaluate these extensions via measurements in comparison with the original system.

21.07.2014 16. CoSA-Seminar

Sophie Jent: Vorstellung des Forschungsprojektes EngAGE

In diesem Vortrag wird das vom BMBF geförderte Forschungsprojekt EngAGE vorgestellt, in dem ein Online-Coach für Selbstständige und Beschäftigte mit individualisierten Arbeitstätigkeiten entwickelt wird. Flexible und indiviualisierte Arbeitsformen sind fester Bestandteil der modernen Arbeitswelt geworden, jedoch sind die herkömmlichen Ansätze der betrieblichen Gesundheits- und Kompetenzförderung dafür nicht geeignet. Mithilfe des EngAGE-Coaches sollen die AnwenderInnen für ihre gesundheitlichen Belastungen und Ressourcen sensibilisiert und die Gestaltung von Arbeitsaufgaben, Arbeitszeiten, Erholung, persönlichen Ressourcen, sozialer Unterstützung und Ergonomie gefördert werden.

Tim Wulf: MatheMasters – Entwicklung eines Serious Game für Android-Smartphones 

Inhalt der Arbeit ist die Entwicklung eines Serious Game für Android-Plattformen. Kernthema der Software soll das spielerische Lernen von Inhalten der Mathematik der fünften Klassenstufe sein. Die Lerninhalte beziehen sich auf den offiziellen Lehrplan für Mathematik der Sekundarstufe I des Ministerium für Bildung, Wissenschaft, Forschung und Kultur des Landes Schleswig-Holstein.

Zur Vermittlung und Übung der entsprechenden Lerninhalte werden verschiedene Mini-Games entwickelt. Zusätzlich soll das Spiel eine soziale Komponente enthalten. Die Spieler sollen Freunde hinzufügen und gegen diese spielen können.

Die Software wird – vorzugsweise unter Einbezug von Schulen und Lehrkräften – abschließend getestet und evaluiert.

23.06.2014 15. CoSA-Seminar

Michael Breuker: Autonomes Segeln 

Dieser Vortrag stellt das Projekt "Autonomes Segeln" am Fachbereich E+I vor. Begonnen hat das Projekt mit der Ausrichtung und Teilnahme an der Weltmeisterschaft der Segelroboter WRSC 2011 in Lübeck. Vorangetrieben wird es größtenteils durch studentische Arbeiten im Rahmen des Softwaretechnik-Projekts im Studiengang Informatik/Softwaretechnik sowie durch Abschlussarbeiten. Im Vortrag wird ein Überblick über den aktuellen Stand des Modellsegelboots und seiner Steuerung gegeben. Insbesondere werden das hard- und softwaretechnische Konzept vorgestellt und die zurzeit verwendeten Sensoren und Aktuatoren grob erläutert. Abschließend wird ein Ausblick auf die geplante weitere Entwicklung gegeben.

Andreas Hanemann: DFN-Cloud als Alternative zu DropBox und Co. 

Speicherdienste wie DropBox, Google Drive oder Microsoft OneDrive sind bei Studierenden und Beschäftigten der Fachhochschule beliebt, da sie eine einfache und (in der Basisversion) kostenlose Speicherung von Daten im Internet und auch den leichten Austausch der Daten mit anderen ermöglichen. Allerdings werden diese Dienste nicht von Firmen aus dem Inland angeboten, so dass man keine Kontrolle darüber hat, was mit den Daten gemacht wird. Die im Vergleich zu anderen Ländern strengeren deutschen Datenschutzgesetze gelten nicht.

 Der DFN-Verein, Betreiber des Netzes für die Wissenschaft in Deutschland, hat daher einen Dienst namens DFN-Cloud organisiert, mit dem Daten innerhalb Deutschlands gespeichert werden können. Eine Einrichtung, die den Dienst realisiert, ist z.B. die DWDG in Göttingen.

Das bedeutet, dass beispielsweise für Beschäftigte der FH Lübeck in Göttingen entsprechende Speichermöglichkeiten eingerichtet werden können, damit diese eine sichere Alternative zum Speichern von Daten im Internet erhalten. Der Dienst verursacht allerdings Kosten, die dann auch von der FH zu tragen wären. Daher soll dieser Vortrag eine Diskussion beginnen, ob von der FH Lübeck für einen verbesserten Datenschutz zusätzliches Geld ausgegeben werden sollte.

19.05.2014 14. CoSA-Seminar

Torsten Teubler: A Solution for the Naming Problem for Name-Centric Services

In recent past name-centric or content-centric networking (CCN) has gained substantial attention in the networking community. In

a further development step name-centric service architecture enables the flexible placement and distribution of services in the network especially in a heterogeneous environment of wired and wireless (sensor) networks. However, the problem of structuring and creating hierarchies for names in name-centric networks is not solved yet. E.g. there is no configuration of service names in name-centric service WSN, no concept of unsolicited names or link-local names in CCN. In IP networks, DHCP or IPv6 autoconfiguration is available, but no equivalent technique exists for CCN. We analyze the naming problem in the software development life cycle for name-centric services in WSN and propose a structure, hierarchy, and configuration mechanism for names. The paper introduces the overall concept and preliminary steps of implementation.

 

Daniel Neckel: Transformation von QR Codes mit Hilfe von Android

In der Abschlussarbeit wurde ein QR Code, ein 2-dimensionaler Barcode, als Grundlage für die Erforschung der Limitationen bei der Dekodierung ausgewählt. Die Abschlussarbeit ist ein Teil des  m:flo Projektes. Im Verlauf wurden theoretische Grundlagen über 2-dimensionale Barcodes zusammen getragen. Basierend auf diesen Grundlagen wurde mit der Entwicklung einer Android Anwendung begonnen, welche sowohl eine Auswahl von bereitgestellten Bildern als auch neu mit der Handy Kamera aufgenommene Bilder verarbeiten kann. Die so festgelegten Bilder können mit verschiedenen Transformationen (Skalierung, Rotation, Verdrehung) bearbeitet werden, um auch unvorteilhafte Bilder durch eine QR Reader Library wie z.B. „Zxing“ dekodieren zu können. Auf diese Weise kann, durch umfangreiche Tests, im späteren Verlauf kontinuierlich eine Datenbank entstehen, welche die maximalen Wiederherstellungsmöglichkeiten durch Rücktransformation von Ausgangssituationen für QR Codes aufzeigt.

28.04.2014 13. CoSA-Seminar

David Engelhardt und Mark Todd: Bewegungsmuster von Roomba-Robotern und 3D-Visualisierung im Webbrowser 

Das CoSA-Kompetenzzentrum verfügt über Roomba-Staubsaugerroboter der Firma iRobot, um für drahtlose Sensornetze optimierte Kommunikationsprotokolle zu testen. Mittlerweile sind noch weitere Projekte entstanden.

Im ersten Teil gibt David Engelhardt zunächst einen kurzen Überblick über bestehende Projekte, wie „Roomba Ballet“ und „Handsteuerung per Bewegungssensor“. Der Fokus liegt allerdings auf der Umsetzung von Bewegungsmustern für Roomba-Roboter, so dass das Testen der Kommunikationsprotokolle auf den Sensorknoten realistischer gestaltet werden kann. Für die Umsetzung der Bewegungsmuster wurde eine direktere, adaptive Ansteuerung der Roboter in C implementiert, und dann nach Java portiert.

Im Anschluss berichtet Mark Todd von seinem Projekt der webbasierten Visualisierung, und geht dabei auf die von ihm verwendeten Webtechnologien ein. Hierbei handelt es sich u.A. um das in HTML5 eingeführte Canvas-Object und WebGL, mit dem hardwarebeschleunigte 3D Inhalte im Browser dargestellt werden können. Zudem kam das Javascript-basierte  Framework Three.js zum Einsatz, da dies das Arbeiten mit der komplexen API von WebGL abstrahiert und den Einstieg und die Entwicklung erleichtert. Bei der Verwendung moderner Browser ist die fertige 3D Visualisierung komplett Plugin- und Plattformunabhängig.

 

24.03.2014 12. CoSA-Seminar

Torsten Teubler: Name-Centric Services in Sensor Networks 

In the last years the number of connected devices to the Internet has excessed the number of humans in the world.
The Internet of humans has changed to the Internet of devices or Internet of Things (IoT) where many devices connected to the Internet are very resource constrained like wireless sensor nodes. Consequently, the Internet of Things is still developing. E.g. implementation of services in the Internet of Things is still a challenge. Existing standard service or SOAP-engines rely on endpoints which we call ID centric networking paradigms like TCP/IP and need a service registry for mapping services to endpoints. This results in a message overhead that is not suited for the future IoT. Recent approaches like content centric networking (CCN) provide basic functionality for the development of IoT but implementation of services with CCN is error prone without tool support.

Steffen Kaufmann: Signal Quality in Electrical Impedance Tomography (EIT) 

Electrical Impedance Tomography (EIT) is a functional real-time imaging modality based on measurement and reconstruction of spatial conductivity distributions inside an object under test. The measurements are based on the injection of small well known alternating currents (AC) via surface electrodes and the measurement of the developing voltages on the objects surface.

This talk covers EIT basics for measurement and reconstruction and shows the system architecture of a developed Field Programmable Gate Array (FPGA) based multi-frequency EIT system. Whereas the main focus is on the assessment of signal quality in EIT systems, results of phantom measurements will also be shown.

24.02.2014 11. CoSA-Seminar

Christian Bollmeyer: LUMEN I - Multisensorische Adjustierung der invasiven Blutdruckmessung zur Kompensation von Änderungen in der Körperposition 

LUMEN (Luebeck Medical Engineering) ist ein BMBF gefördertes Forschungskolleg der Universität zu Lübeck und der Fachhochschule Lübeck und fokussiert sich innerhalb der Medizintechnik auf das Thema Kreislauf und Gefäße. Das Teilprojekt I wird im Kompetenzzentrum CoSA durchgeführt und befasst sich mit der Adjustierung der invasiven Blutdruckmessung. Die invasive Druckmessung des arteriellen Blutdrucks und des zentralen Venendrucks gilt als Standard bei kritischen Eingriffen in der Neuro- oder Herzchirurgie. Die Position des Druckaufnehmers ist auf vertikaler Höhe des Referenzpunkts – rechter Vorhof bei auf dem Rücken liegenden Patienten – auszurichten. Ständige Änderungen in der Körperposition des Patienten, etwa bei minimal invasiven Eingriffen, erfordern bisher eine ständige manuelle Nachjustierung des Druckaufnehmers, da der Blutdruck fehlerhaft angezeigt wird. Ziel ist die automatische Korrektur des intravasal gemessenen Blutdrucks, bezogen auf die Position des Patienten, durch Anpassung des Referenzpunktes und des Druckaufnehmers mit einer Genauigkeit von +/- 1cm. Dieser Vortrag stellt das LUMEN I Teilprojekt kurz vor und erläutert den aktuellen Stand der Forschung.

 

Tim Esemann: Integrated Low-Power SDR enabling Cognitive IEEE 802.15.4 Sensor Nodes 

The    number    of    mobile    devices    with    radio transceivers  is  increasing.  However,  standard  wireless  sensor nodes have limited spectrum awareness in order to avoid collisions with other concurrent transmissions in dense spectrum. E.g. IEEE 802.15.4 standard performs carrier sensing before start of the transmission. Spectrum sensing or awareness during the transmission is not provided. These low power devices have only limited  capabilities  in  order  to  detect  and  forecast  upcoming collisions.  In  this  work,  wireless  sensor  nodes  are  equipped with additional piggybacked hardware and supplementary signal processing capabilities. An additional RF-frontend and small-size SDR hardware enable sensor nodes to perform cognitive radio functionality. Although the sensor nodes transmit data fully compliant to IEEE 802.15.4 the supplementary hardware enhances spectrum  awareness  significantly  even  during  transmission.  A previously  published  cognitive  radio  scheme  was  implemented to  demonstrate  the  signal  processing  capabilities  of  the  SDR hardware. Additionally, power consumption and battery lifetime were evaluate and calculated.

27.01.2014 10. CoSA-Seminar

Mathias Pelka: Vorstellung des Forschungsprojektes m:flo 

Der Vortrag stellt das Forschungsprojekt m:flo - Multiple Frequency Bands for Localization vor, welches sich mit Funkortung in den ISM-Frequenzbändern beschäftigt. Funkortung innerhalb von Gebäuden ist mit den zurzeit vorhandenen Lösungen, wie GPS, aufgrund der Signaldämpfung nicht durchführbar. Ziel des Projekts ist es daher, ein System zur Ortung zu entwickeln, welches Objekte in unterschiedlichen Umgebungsbedingungen mit verschiedenen Genauigkeitsklassen orten kann. Durch die hohe Ausbreitungsgeschwindigkeit von elektromagnetischen Wellen, sind neuartige hochgenaue Synchronisations- und robuste Filteralgorithmen zu entwickeln.

25.11.2013 9. CoSA-Seminar

Adelka Niels: Attributionen in der Mensch-Computer-Interaktion: Modell und adaptives Design

Der Vortrag stellt das Promotionsvorhaben von Adelka Niels vor, das sich mit der Analyse und Nutzung von Attributionsprozessen im Bereich der Mensch-Computer-Interaktion befasst. Unter Attributionen sind kognitive Prozesse zu verstehen, die systematische Ursachenzuschreibungen sowie Kontrollüberzeugungen beinhalten und bekanntermaßen das Verhalten von Menschen stark beeinflussen. Die Auswirkungen von Attributionen auf den Umgang mit (Informations-) Technologie sind jedoch bislang nur wenig erforscht.

David Gohla: Konzeption und prototypische Implementierung eines News Aggregators für Fußballnachrichten

Im Internet gibt es aktuell viele Stellen, an denen interessante Meldungen zu einem Thema zu finden sind. Gerade zum sehr populären Thema Fußballbundesliga gibt es längst nicht mehr nur die offiziellen Mitteilungen der Presseabteilungen von Vereinen oder die Informationen von Nachrichtenportalen. Auch viele Spieler, Manager, Fans und weitere Personen verbreiten Meldungen oder Gerüchte auf verschiedenen Internetplattformen und insbesondere sozialen Netzwerken. Um diese Vielzahl von Informationen beispielsweise zu einem einzigen Fußballspieler zusammenzustellen, ohne die gesamten möglichen Quellen besuchen zu müssen, existiert die Idee von sog. News Aggregators, die diese Daten automatisch zusammentragen. Oftmals arbeiten diese Aggregators in der Praxis aber noch nicht vollautomatisch, so dass eine redaktionelle Bearbeitung der Ergebnisse erfolgt, oder die Ergebnisse der Suche berücksichtigen nur einen Teil der möglichen Quellen. 

In dieser Bachelorarbeit wurde ein News Aggregator entworfen und prototypisch implementiert, der Meldungen zur Fußballbundesliga vollautomatisch aggregiert und dabei insbesondere die sozialen Netzwerke wie Twitter und Facebook berücksichtigt. Hierzu wird nicht nur eine Benutzeroberfläche benötigt, die die Informationen in geeigneter Weise darstellt, sondern auch der Zugriff und die Aggregation der Meldungen muss betrachtet werden. Hierbei muss man beispielsweise unterscheiden zwischen offiziellen Meldungen, die sehr wahrscheinlich stimmen, und Meldungen mit unklarem Wahrheitsgehalt.

28.10.2013 8. CoSA-Seminar

Tahir Akram: A Reusable and Extendable Testbed for Implementation and Evaluation of Cooperative Sensing" 

Cooperative sensing has been identified as a potential improvement for cognitive radios to perceive their radio environment. In the past, algorithms have been developed by analysis and simulations exclusively. With cheaper hardware experimental platforms have been used for evaluation purpose recently. Simulations lack realistic propagation models for radio transmission but are reproducible compared to experimental evaluation done by hand. The effects of reduced detection probability and false alarms are not realistic in these simulations.  In this paper, we suggest a reusable and extendable automated testbed software and instructions for deployment of own testbeds.  Primary users as well as secondary users with cooperating cognitive radios can be flexibly deployed in the testbed within seconds. The advantage is that a series of even long lasting measurements including automatic logging of results can be easily repeated. Results can be assessed on thefly during the ongoing evaluation by accessing debug output remotely. The testbed supports stationary, portable, and in the future mobile radio devices for flexible scenarios as well as monitoring devices for debugging. The testbed and the radio devices are validated by deploying primary and secondary user in a small scenario whose outcome was analyzed beforehand. The results are as predicted and show the usefulness of this approach.

 

Horst Hellbrück: Name-Centric Service Architecture for Cyber-Physical Systems   

The goal of Service-Oriented Architectures (SOA) is to enable easy cooperation of a large number of computers and orchestration of services that are connected via a network. However, SOA for wireless senor networks (WSN) and cyber-physical systems (CPS) is still a challenging task. Consequently, for design and development of large CPS like WSNs connected to clouds, SOA has not yet evolved as an integral technology. One of the limiting issues is service registration and discovery. In large CPS discovery of services is tedious, mostly due to the fact that services are often semantically bound to a region or an application function while SOA forces service endpoints to be based on addresses of nodes. Also, today, SOA technologies are not used for service composition within sensor nodes and between sensor nodes, and even worse, different methods exist for service access in a WSN and in the backend. Therefore, service development differs largely in WSN and cloud. To overcome this limitation, we suggest a name-centric service architecture for cyber-physical systems. Our architecture is based on (a) using URNs instead of URLs to provide a service-centric architecture instead of service- or location-centric networking, (b) using the well-known CCNx protocol as a basis for our architecture which supports location and access transparency, and (c) employing CCN-WSN as the resource-efficient lightweight implementation for WSNs to build a name-based service bus for CPS. We evaluate the architecture by implementing an example application for facility management.

29.05.2013 7. CoSA-Seminar

Michael Weinkopf: Analyse von Kanban und Scrum im Hinblick auf eine synergetische Verknüpfung beider Modelle

In dieser Abschlussarbeit werden die Themenbereiche »Agil« und »Lean« sowie »Change Management« beleuchtet: »Scrum« genießt inzwischen eine weite Verbreitung in der IT-Welt. Ein anderer und noch relativ junger Ansatz ist »Kanban«, der bei IT-Unternehmen auf beständige Resonanz stößt. Die beiden Ansätze teilen die agile Gemeinschaft heute in zwei Lager. Dennoch verfolgen Kanban und Scrum dasselbe Ziel. In einigen Fällen gibt es Bemühungen, eine Mischform aus beiden Ansätzen in der Praxis einzusetzen. Für die Abschlussarbeit ergeben sich unter anderem folgende Fragestellungen: Inwiefern lassen sich Kanban und Scrum miteinander verknüpfen und welche Gründe führen zum Einsatz einer Mischform, die aus beiden Ansätzen gebildet wird? Wie funktionieren Kanban und Scrum und was lässt sich über die Entstehungsgeschichte dieser Ansätze sagen? Welche Gemeinsamkeiten und Unterschiede sind festzustellen? Warum haben beide Ansätze einen besonderen Stellenwert in der Praxis bzw. in Softwareprojekten? Was bedeutet Change Management? Welche grundlegenden Aspekte sind bei der Einführung und nachhaltigen Verwendung von Kanban und Scrum in einem Unternehmen zu beachten?

Frerk Thiesen: Virtualisierung von Broadcast-Produktionssystemen im NDR

Im Zuge der Einführung von HDTV wird die gesamte Produktionstechnik im Landesfunkhaus Schleswig-Holstein auf eine vernetzte Produktion umstellt. Diese bildet einen vollständig auf IT Systemen basieren Prozess von der Planung, Produktion bis zur Archivierung. Während das System mit dedizierten Server aufgebaut und jeweils entsprechenden Redundanzsystemen versehen wird, soll im Rahmen der Masterthesis untersucht werden in wie weit dieses durch Virtualisierung umsetzt werden kann. Zur Erarbeitung einen Konzepts sollen die benötigten Faktoren wie Echtzeitfähigkeit, Datendurchsatz, Ausfallsicherheit, Leistungsbedarf, Latenz und Redundanzfähigkeit im Broadcastbetrieb ermittelt werden. Im Anschluss soll eine Lösung dimensioniert werden. Durch diese Virtualisierung können Redundanzen effektiver genutzt werden, welche auch unter betriebswirtschaftlichen Aspekten betrachtet werden soll.

15.05.2013 CoSA-Seminar

Mohamed Hail: “CCN-WSN - a lightweight, flexible Content-Centric Networking Protocol for Wireless Sensor Networks”

CCN-WSN - a lightweight, flexible Content-Centric Networking Protocol for Wireless Sensor Networks (Ren Zhong, Mohamed Hail, Horst Hellbrück), 2013 IEEE Eighth International Conference on Intelligent Sensors, Sensor Networks and Information Processing. [bib]

Abstract (engl.):

In future Internet research, content centric networking (CCN) is a new promising approach. CCNx has been introduced recently as an open source protocol suite for CCN and implementation base for practical research. In wireless sensor networks (WSNs) research, data or content centric approaches like in-network processing and data aggregation are important. While the principle of CCN is a suitable approach in WSNs, the CCNx protocol suite designed for PCs is not applicable to resource-constrained WSNs. Additionally, gateways necessary between CCNx and WSN are difficult to implement. Therefore, we design, implement and evaluate a lightweight variant of a CCN protocol specifically for WSNs called CCN-WSN. Key concepts of CCNx protocol are integrated but a variety of aspects are revised to meet the memory and computational constraints of sensor nodes and communication patterns in WSNs. E.g. the message format is simplified and some fields are omitted completely. Instead, we propose a flexible naming strategy which extends the functionality of content names to add small amount of data in interest messages. For performance evaluation a challenging time-synchronization application was implemented with CCN-WSN to demonstrate the flexibility of the approach and a comparison with a reference protocol for data dissemination called AutoCast is presented.

Christian Bollmeyer: “Precise Indoor Altitude Estimation based on differential barometric Sensing for wireless Medical Applications”

Precise Indoor Altitude Estimation based on differential barometric Sensing for wireless Medical Applications (Christian Bollmeyer, Tim Esemann, Hartmut Gehring, Horst Hellbrück), In Body Sensor Networks Conference 2013 (BSN2013), 2013. [bib]

Abstract (engl.):

Some medical applications require precise information of position and orientation of a patient as changes affect pressure condition inside the body. In this paper we focus on altitude estimation, where altitude is a distance, in vertical direction, between a reference and a point of a human body. We suggest equipping wireless sensor nodes with high resolution pressuresensors to calculate the altitude with the barometric formula. We implement a body sensor network based on IEEE 802.15.4 and synchronization mechanism with a reference. Pressure variations due to environmental effects are compensated by cancellation with this differential measurement setup. We demonstrate the need for differential measurements and show with a series of measurements that environmental pressure variations have no significant effect on the proposed altitude estimation. Compared to existing systems, our solution is cost effective, easy to deploy and provides a flexible tradeoff between precision and location lag by adjusting a filter constant.

24.04.2013 CoSA-Seminar

Tahir Akram: “Performance Evaluation Metric for Cooperative Sensing in Heterogeneous Radio Environments”

Performance Evaluation Metric for Cooperative Sensing in Heterogeneous Radio Environments (Tahir Akram, Tim Esemann, Horst Hellbrück), In European Wireless Conference 2013 (EW2013), 2013. [bib]

Abstract (engl.):

Spectrum sensing is a major task for wireless devices in order to improve coexistence among them in heterogeneous radio environments. Wireless communication includes at least two partners: transmitter and receiver. Therefore, cooperation between partners can improve the performance of spectrum sensing by reducing effort, improving sensing result or a combination of both. An optimal cooperative sensing scheme is a first step to achieve complete awareness of the radio environment for wireless devices. To the best of our knowledge, this is the first theoretical work performed in order to understand the problem of developing optimal cooperative sensing schemes for heterogeneous radio environments for multiple users and single channel. We analyze the problem and perform analytical work which results in a cooperative sensing model. The model comprises sensing schedule, data fusion rules, PU's traffic pattern, and detection performance of the sensing device. A new performance evaluation metric is introduced for optimum spectrum sensing in heterogeneous radio environments. An evaluation of available exemplary cooperative sensing schemes shows that none provides optimality in all scenarios.

Andeas Hanemann: Neue Entwicklungen bei der Breitbandversorgung

Die Bundesregierung und auch die EU haben sich zum Ziel gesetzt, dass der Bevölkerung in Deutschland flächendeckend Internetanschlüsse mit hoher Bitrate zur Verfügung stehen sollen. Dieses Ziel ist jedoch nicht einfach zu erreichen, da hohe Investitionen von seiten der Netzbetreiber erforderlich sind und die meisten Nutzer nur wenig mehr monatlich für einen solchen Anschluss zu zahlen bereit sind. Außerdem bieten sich auf technischer Seite Alternativen an, wie der Ausbau gestaltet werden kann.

In diesem Beitrag, der sich insbesondere auf Vorträge bei der VDE-Konferenz "ITG Breitbandversorgung 2013" stützt, geht es um verschiedene Technologien, die hohe Bitraten ermöglichen, wobei auch die wirtschaftlichen Aspekte berücksichtigt werden. Die DSL-Technologie ist mit dem VDSL-Standard (mit 50 Mbit/s) noch nicht am Ende ihrer Möglichkeiten. Hier wird mit den Erweiterungen G.vector/G.fast eine Bitrate von bis zu 1 Gbit/s erreicht, was eine Alternative zum Glasfaserausbau bis zum Endnutzer (Fiber-to-the-Home, FTTH) darstellt.

FTTH wird in Deutschland im Gegensatz zu einigen anderen Ländern nur sehr zögernd eingeführt, was insbesondere durch die hohen Verlegungskosten begründet ist. Hier unterscheidet man verschiedene Ansätze, wobei sog. PONs (Passive Optical Networks) am meisten verbreitet sind. Kabelnetzanschlüsse können ähnlich wie DSL zum schnellen Internetzugang dienen, wobei diese Möglichkeit mit steigender Beliebtheit genutzt wird. Als Alternative zu den Festnetzzugängen ist auf dem Land die LTE-Funktechnik vorgesehen, deren Eigenschaften und Ausbau ebenfalls vorgestellt werden.

17.08.2012 CoSA-Seminar

Tim Esemann: “Non-Invasive Cognitive Radio for Firm Real-Time Sensor Applications in heterogeneous Radio Environments”

Non-Invasive Cognitive Radio for Firm Real-Time Sensor Applications in heterogeneous Radio Environments (Horst Hellbrück, Tim Esemann, Uwe Mackenroth, Marius Ciepluch, Arnaud Möschwitzer, Malte Ziethen), In Proceedings of the Sixth International Conference on Sensor Technologies and Applications, 2012. [bib]

Abstract (engl.):

Some applications in Sensor Networks need firm real-time support in order to work properly. The difference to hard real-time systems is that this type of application can withstand minor violations of the maximum delay and minimum throughput if these violations are limited. Many standards like IEEE 802.15.4 provide standardized means to ensure delay and bandwidth constraints which work well when there are no interferers in the same frequency band. However, in a heterogeneous environment today these approaches fail when the interference is not aware of the IEEE 802.15.4 traffic. Switching the channel is one option to avoid this kind of interference. We suggest a new non-invasive cognitive radio protocol approach where all participants follow simple rules to enable firm real-time conditions in decentralized design. As a demonstrator we use a three-fold pendulum with firm real-time signal delay constraints of 5ms. The contributions of the paper comprise evaluation results by real measurements with the demonstrator system.

27.04.2012 CoSA-Seminar

Malte Ziethen: “Entwurf, Implementierung und Bewertung eines sensornetzbasierten Messsystems für Flächenneigungen”

Abstract (deutsch):

Im Hamburger Hafen werden Container umgeschlagen. Die Bereitstellung der Container für diesen Umschlag erfolgt blockweise auf Freiflächen. Automatisch gesteuerte, unbemannte Krane und computergesteuerte Transportfahrzeuge lagern diese Container ein und aus. Die Containerauflasten können zu Setzungen und Sackungen des Geländes führen. Um einen Automatikbetrieb mit hoher Verfügbarkeit zu gewährleisten, ist eine Überwachung der  Flächenneigung notwendig. Durch die Schrägstellung der computergesteuerten Transportfahrzeuge, bedingt durch die Flächenneigung, können Probleme beim Transport der Container auftreten. Im schlimmsten Fall kommt es zu einem Stopp des automatischen Betriebs.

Torsten Teubler: Transparent Integration of Non-IP WSN into IP based Networks

Embedded devices connected to the Internet will start an increasing growth of the Internet in near future. Wireless Sensor Networks (WSN) will play a major role in that growth. In the past several solutions were proposed to make sensor networks IP capable. Today there are IPv6-Stacks available including web servers running on sensor nodes. However, a gateway is always needed to convert the routing protocols and MAC-Layer Protocols including compression of IP packets to run on these devices. The overhead using IPv6 on the nodes is very high in respect of code size and message overhead. Therefore, in our approach we design and implement a system based on simple protocols target for sensor network nodes and a ?exible gateway working in a hybrid fashion for our sensor network testbed. We successfully integrated this non-IP WSN in the Internet and our testbed is productive available from any computer connected to the Internet for reference. In this paper we present the architecture of our solution and present the implementation details of a standard WSN application that can be used for evaluation.

01.03.2012 CoSA-Seminar

Karol Lassota: “Klassifikation dynamischer Muster mit Hilfe von Markov-Ketten am Beispiel verhaltensbiologischer Daten”

Abstract (deutsch):

Bei der Klassifikation dynamischer Muster spielen Markov-Ketten eine wichtige Rolle. Ihre technische Anwendbarkeit wurde in den vergangenen Jahrzehnten vor allem im Bereich der Spracherkennung erforscht. Viele der dabei erzielten Ergebnisse lassen sich jedoch auch auf andere Anwendungsbereiche übertragen, in denen die Reihenfolge von Ereignissen eine wesentliche Information trägt. Im Vortrag wird anhand eines Beispieldatensatzes mit Bewegungsinformationen über Fische gezeigt, inwieweit auf Markov-Ketten basierende Klassifikationstechniken für verhaltensbiologisch relevante Fragestellungen nutzbar gemacht werden können. Interessante Fragen sind in diesem Zusammenhang beispielsweise, ob sich aus dem Bewegungsmuster eines Individuums ablesen lässt, ob es sich alleine oder in Gesellschaft befindet, und zu welchem Grad sich die spezifischen Bewegungscharakteristiken einzelner Individuen wiederfinden lassen, wenn sich die betreffenden Individuen im Kontext einer Gruppe befinden. Es werden typische, in diesem Zusammenhang auftretende Probleme erläutert und Ergebnisse für verschiedene Lösungsvarianten gezeigt.

Horst Hellbrück: “Non-Invasive Cognition driven Spectrum Access in Medical Application via Baseband Processing”

Non-Invasive Cognition driven Spectrum Access in Medical Application via Baseband Processing (Tim Esemann, Horst Hellbrück)In Proceedings of the 7th Karlsruhe Workshop on Software Radios, 2012. [bib]

Abstract (engl.):

In the field of medical applications there are special regulations and requirements as many devices are sensitive to interference by other equipment. Although wireless links are susceptible to interference they are potential technologies enabling mobile and wireless applications substituting cables in all medical areas like operating room, intensive care unit or ambient assistant living. With continuous increase of these devices equipped with radio interfaces a non-homogenous radio environment with dense occupancy will form. We propose an approach with high sensitivity for non-invasive cognition of radio environment by fusion of two baseband processing blocks. First, we detect and identify interference by concurrent radio links non-invasively during reception. Second, we minimize invasive channel switching by continually probing and classification of available channels based on adapted probabilities. We use GNU Radio a Software Defined Radio platform to implement this system to provide a non-invasive continuous cognition of the radio environment and minimize the invasive utilization of occupied channels. In this paper we present preliminary studies, the overall idea, the approach and first implementation results.

09.12.2011 CoSA-Seminar

Tim Esemann: “CSOR - Carrier Sensing On Reception

CSOR - Carrier Sensing On Reception (Tim Esemann, Horst Hellbrück)In Proceedings of the 4th International Conference on Cognitive Radio and Advanced Spectrum Management CogART, 2011. [bib]

Abstract (engl.):

Since the 1990s the number of wireless devices increases and new areas of applications evolved. Therefore, frequency spectrum has become a scarce resource with no free frequencies left all over the world and interference between transmissions sharing the same frequency band is started to become one of the major problems in wireless transmission. The ISM bands become crowded with various standards sharing the same frequency band. One solution to the problem is to use frequency bands that are rarely used by the licensed users like TV channels, where in some region specific channels are not used at all. As a result, we need to develop adaptive systems that search for unused spectrum, use it as long as the band is free and shift to other frequency bands if there is a risk to interfere with a primary user. Such systems being aware of their radio environment are called Cognitive Radios. To search for unused frequencies and detect primary users approaches that listen before talk or efficient carrier/spectrum sensing algorithms have been presented in the past. These mechanisms are incomplete and one of the drawbacks of todays wireless transmissions is that communication partners do not detect interference reliable during an ongoing transmission. In this paper we suggest a cross layer approach Carrier Sense on Reception (CSOR) that extends the functionality of the physical layer of a transceiver to be able to detect interference while receiving data. We introduce the idea, describe the concept and give first evaluation results as a proof of concept based on real measurements.

Torsten Teubler: “GAAP - Generic Android Application Programming”

GAAP-Generic Android Application Programming (Horst Hellbrück, Philipp Krummenauer, Torsten Teubler)In Proceedings of WWW/Internet 2011, 2011. [bib]

Abstract (engl.):

Today, smartphones are one of the fastest growing markets in the world where Android is receiving more and more attention. In the beginning when users of smartphones use Internet applications with generic WWW-Browsers recently there is a trend that they are been replaced by special applications. For each service in the Internet e.g. Android users need to download, install and maintain individual applications. However, there are too many service providers that have their own application that need to be updated regularly because new functionality is added. Many users lose control of this administrative process which bears additionally security risks. In this paper, we suggest a generic android application programming (GAAP) comparable to a middleware where the application logic and presentation layer is placed on the server. By this approach users do not need to update their installed application. Additionally, we suggest using android-like syntax and message format for layout and GUI following the KISS-principle (Keep it simple and stupid). For evaluation purpose we developed an application providing typical GUI elements for users to demonstrate the effectiveness of GAAP approach.