The CoSA seminar informs about current topics of the Competence Center CoSA and beyond. The CoSA seminar is a place to present theses, present new research results or to exchange ideas with each other.

Time: 4th Monday of the month, 11:45 a.m.
Location: Seminar room 18-2.13 of the Technische Hochschule Lübeck

If you would like to introduce an exciting topic, please contact Fabian John.

27.09.2021: 73. CoSA-Seminar

Hinweis This CoSA seminar will take place as a web conference at 12:15 pm (BBB Greenlight: CoSA-Seminar). The web conference is available to participants from 12:00 pm.


Fabian John: Underwater Ultrasonic Multipath Diffraction Model for Short Range Communication and Sensing Applications

In acoustic underwater communication and sonar applications, obstacles inside and outside the line-of-sight (LOS) affect signal propagation. Both reflection and diffraction occur in underwater communication and measurement systems due to these obstacles. To the best of our knowledge, the influence of diffraction and reflection is neither described nor modeled for finite pulses yet. We propose and develop a multipath propagation model for spectral diffraction components and phase information of the received signal based on knife-edge diffraction together with reflections, transmission effects, and backscatter. This paper designs a short-range underwater ultrasonic experimental system composed of an ultrasonic transceiver with wideband pulses and advanced spectral signal processing. We evaluate our proposed model with measurements made in a water tank with an obstacle moved between the transmitter and receiver. When the model includes all major propagation components and effects, it achieves an accuracy for localization of 97 % of the results in the range of twice the obstacle diameter in our test setup.

language of presentation: German

23.08.2021: 72. CoSA-Seminar

Hinweis This CoSA seminar will take place as a web conference (BBB Greenlight: CoSA-Seminar). The web conference is available to participants from 11:30 am.


Fabian John: High Precision Open Laboratory 3D Positioning System for Automated Underwater Measurements

Underwater measurements in a lab environment are challenging, with sensors or objects that need to be positioned precisely and reproducible. Existing systems are expensive, often not suited for underwater usage, and not flexible.
Underwater's main challenges are determining the "exact" relative position and a positioning system that is operated reliably in a wet environment. The commercial systems available are fixed in dimensions and cannot be fitted to lab conditions. We present our open solution, which is scalable and flexible to be adapted to other applications.
The solution consists of a table with readily adaptable components such as positioning components integrated into an MQTT environment with precise stepper motor units. The table is easy to adapt in size, and we take care of special placement for electrical components to not get into contact with water. The system achieves a noticeable performance and is fully automated. The speed is adaptable between 1 mm/s and 30 mm/s, with a resolution of 0.1 mm.


language of presentationEnglish


Fabian John: Flexible Arbitrary Signal Generation and Acquisition System for Compact Underwater Measurement Systems and Data Fusion

For the implementation of compact underwater measurement systems, much time is spent integrating various sensor and processing components and their control and synchronization. Especially for multi-sensor applications, proprietary solutions do not scale easily and are not designed for use in a distributed measurement system. We propose a well-established protocol Message Queuing Telemetry Transport (MQTT) for integration of sensors with a broker as a central data hub as a key system component. We implemented a flexible, distributed multi-sensor measurement system, by using open-source libraries. The multi-sensor system was successfully tested and operated with five underwater sensor devices and user data rates up to 2.73MB/s.


language of presentationEnglish


OPEN: title will be added later

language of presentation: NN

28.06.2021: 71. CoSA-Seminar

Hinweis This CoSA seminar will take place as a web conference (BBB Greenlight: CoSA-Seminar). The web conference is available to participants from 11:30 am.


Horst Hellbrück: 5G an der TH / 5G in Schleswig Holstein (Forschungsprojekte: TelkNF, Baltic Future Port und KI-5G)

5G ist die neue Generation im Mobilfunk. Sie schafft die Grundlage für neue Anwendungen, wie zum Beispiel Augmented Reality oder die Vernetzung von Maschinen in der Industrie und intelligenten Geräten. Außerdem unterstützt die Technik die Digitalisierung vieler Lebensbereiche. Campusnetze erlauben Unternehmen eigene 5G-Netze aufzubauen und zu betreiben, wie das auch heutzutage mit WLAN möglich ist. Daraus ergeben sich neue Möglichkeiten und Entwicklungen. Es wird damit ein neuer Markt geschaffen.

In dieser Veranstaltung wird die dahinterliegende Technik von 5G dargestellt, die über die Marketingslogans der Mobilfunkanbieter hinaus geht und anschließend einige Praxisbeispiele und Aktivitäten in Schleswig-Holstein vorgestellt. Den Abschluss bildet ein Austausch zu den Herausforderungen und Chancen bei der zukünftigen Nutzung von 5G und eine Diskussion mit allen Teilnehmenden.

language of presentation: German


OPEN: title will be added later

language of presentation: NN

31.05.2021: 70. CoSA-Seminar

Hinweis This CoSA seminar will take place as a web conference (BBB Greenlight: CoSA-Seminar). The web conference is available to participants from 11:30 am.


Sven Ole Schmidt: Indoor Positioning via Artificial Magnetic Fields
Indoor positioning approaches are often based on electromagnetic wave signals with high frequency. However, signal reflections and the corresponding signal superpositions are challenging. As a result, there is still no indoor positioning technology established in commercial products, like smartphones or smartwatches. Recent publications have shown that this indoor positioning problem can be addressed by using artificial magnetic fields. However, the cubic attenuation of the magnetic field challenges technical implementations and limits the ranges. In this work, we propose an approach striving to address these issues of magnetic indoor positioning via a simple electro-mechanical single-anchor concept in combination with a small wearable sensor circuitry. The terrestrial magnetic field, together with amplitude and phase measurements, resolve the position and the orientation of the tag. The proposed indoor positioning approach via artificial magnetic fields is tested in a corridor for a spacial region of approximately 100 m². The mean positioning error in this experiment was calculated to be µ = 1.0 +- 0.81 m. The proposed indoor positioning approach via artificial magnetic fields and the corresponding measurement system can therefore be useful alternatives when considering applications in which simple implementation is more important than positioning precision.

language of presentation: German


Frau Prof. Dorina Gumm: Digitale Mündigkeit im Studium fördern

Bericht von einem Pilotprojekt Die Digitalisierung aller Lebensbereiche erfordert neue Kompetenzen, es wird gesprochen von z.B. Medienkompetenz, Future Skills, Digital Skills oder auch Digitale Mündigkeit. In aktuellen Diskussionen geht es meist um den Transfer von Kenntnissen der Informatik in andere Disziplinen/Zielgruppen, weniger im Fokus steht die Frage, was die Förderung Digitaler Mündigkeit für IT- und IT-nahe Studiengänge bedeuteten kann bzw. wie die Verankerung von Kompetenzbereichen bzw. Lernzielen aussehen kann. Diesen Fragen sind wir hier am Fachbereich für den Studiengang EKS nachgegangen. Im Vortrag wird ein Zwischenergebnis vorgestellt.

language of presentation: German

26.04.2021: 69. CoSA-Seminar

Hinweis This CoSA seminar will take place as a web conference (BBB Greenlight: CoSA-Seminar). The web conference is available to participants from 11:30 am.


Marco Cimdins: Comparison of I/Q- and Magnitude-based UWB Channel Impulse Responses for Device-free Localization
Ultra-wideband (UWB) channel impulse response (CIR) measurements contain information about the presence and location of a person in proximity of sensors. Typically, parts of the CIR, such as the amplitudes of specific multipath components (MPCs) or the magnitudes of the complete CIR are employed for localization. Discarding the phase information of the CIR measurements ignores important information and finally requires longer CIR measurements. Especially in setups where only a small number of sensors are deployed, discarding information degrades the system performance. In this paper, we propose a method that processes the I/Q values of CIR measurements, by aligning, cropping, and rotating the measured CIRs. Localization with I/Q-based CIR measurements is compared with results of localization with magnitude-based CIRs. In summary, I/Q-based CIR measurements reduce localization errors by approx. 10%. Furthermore, the I/Q-based CIR measurements provide comparable results with CIRs that are 30% shorter compared to magnitude-based solutions.

language of presentation: English


OPEN: title will be added later

language of presentation: NN

22.03.2021: 68. CoSA-Seminar

Hinweis This CoSA seminar will take place as a web conference (BBB Greenlight: CoSA-Seminar). The webconference is available to participants from 11:30 am.


Marco Cimdins: MAMPI-UWB—Multipath-Assisted Device-Free Localization with Magnitude and Phase Information with UWB Transceivers
In this paper, we propose a multipath-assisted device-free localization (DFL) system that includes magnitude and phase information (MAMPI). The DFL system employs ultra-wideband (UWB) channel impulse response (CIR) measurements, enabling the extraction of several multipath components (MPCs) and thereby benefits from multipath propagation. We propose a radio propagation model that calculates the effect on the received signal based on the position of a person within a target area. Additionally, we propose a validated error model for the measurements and explain the creation of different feature vectors and extraction of the MPCs from Decawave DW1000 CIR measurements. We evaluate the system via simulations of the position error probability and a measurement setup in an indoor scenario. We compare the performance of MAMPI to a conventional DFL system based on four sensor nodes that measures radio signal strength values. The combination of the magnitude and phase differences for the feature vectors results in a position error probability that is comparable to a conventional system but requires only two sensor nodes.

language of presentation: N.N.


Horst Hellbrück: Vorstellung Projekt KI-Transfer-Hub Schleswig-Holstein
Bei KI handelt es sich um eine Schlüsseltechnologie, die das Potenzial hat, ganze Wirtschaftsbranchen nachhaltig zu beeinflussen bzw. zu verändern.
Dabei steht die KI im Kontext der noch weiterreichenden Thematik Industrie 4.0, die ihrerseits eng verknüpft ist mit der Begrifflichkeit Internet of Things (IoT). Zusammen bilden diese Technologien die globale Infrastruktur der Informationsgesellschaften, die es ermöglichen, physische und virtuelle Gegenstände miteinander zu vernetzen und sie durch Informations- und Kommunikationstechniken zusammenarbeiten zu lassen. Mittels stark verbesserter Rechenkapazität und intelligenter Algorithmen werden Fortschritte erzeugt, welche die Lösungen als „intelligent“ und „smart“ erscheinen lassen.
Das Kompetenzzentrum CoSA an der THL forscht interdisziplinär und anwendungsorientiert im Forschungsgebiet Künstliche Intelligenz. Der Fokus liegt auf der Frage, wie KI-Verfahren in verschiedenen Einsatzbereichen – insbesondere im Internet der Dinge (IoT) – sinnvoll in bestehende Systeme integriert und zur zuverlässigen und sicheren Alltagsanwendung entwickelt werden. Anwendungsbereiche aktueller Forschungsprojekte umfassen u.a. Medizintechnik, verteilte Systeme, autonome Systeme und digitale Lehre. Mit dem Institut für Lerndienstleistungen (ILD) der THL ergänzt weiterhin ein langjähriger bundesweit anerkannter Akteur in der onlinegestützten Lehre und Weiterbildung das Konsortium, bringt entsprechende Angebote ein und erweitert diese im Rahmen des Projekts.
Der Zugang zu den Unternehmen, die Moderation des Technologietransfers – Vermittlung zwischen hochschulseitiger Forschung und Entwicklung und unternehmerischen Entscheidungsprozessen – sowie die Einbettung in die Bedarfe der schleswig-holsteinischen Branchen und Technologien bedarf der aktiven Unterstützung der auf die schleswig-holsteinische Wirtschaft fokussierten Innovations- und Clusterspezialisten. Über die Vermittlerfunktion werden auch die Bedarfe der schleswig-holsteinischen Unternehmen den Hochschulen klarer vermittelt, so dass innovative Lösungen passgenauer für den Transfer gestaltet werden können.

language of presentation: german

22.02.2021: 67. CoSA-Seminar

Hinweis This CoSA seminar will take place as a web conference (BBB Greenlight: CoSA-Seminar). The webconference is available to participants from 11:30 am.


Arthur-Vincent Lindenberg: Object localization in seawater via electrical impedance measurements

Artificial technical infrastructures already exist on and in the seabed, including cables for energy and data communication and pipelines for oil and gas. There are also contaminated sites such as blind munitions, which can contaminate the sea, and which can hinder the development of new infrastructures. Objects such as blind ammunition, mines and barrels should be discovered and removed in order to avoid damage to people and the environment. Deep-sea cables and pipelines are regularly checked for their laying depth, for example, which can change due to currents. One approach to the tracking of cables, the detection and localization of metal objects is electrical impedance spectroscopy and tomography. The first results of this approach are presented here, which were achieved with a test stand in which impedance measurements in salt water are reproducible under laboratory conditions. With the test stand variable objects can be varied in their position in space in relation to a static electrode array. The results show the horizontal and vertical sensitivity of an electrode array for different dimensions of objects, based on the measured impedance. A simple algorithm that uses previously measured impedances in the form of a look-up table basically shows the successful detection and localization of objects in the vicinity of the array.

language of presentation: N.N.


Björn Sievers: Inference and Performance Analysis of Convolutional Neural Networks used for Human Gesture Recognition on IoT-Devices

The steady growth in computing power of microprocessors recently enabled the implementation of rudimentary neural networks on these devices. This has drawn the focus of scientists to this still a very unexplored topic. In this paper, we investigate Convolutional Neural Networks implemented on a microcontroller for the real-time classification of human gestures. We examine the effects of the complexity of the neural network on the inference time, classification accuracy, and energy demand. The neural networks are trained and tested on a generated dataset, which consists of 10 labeled gestures, generated from a triaxial accelerometer. The neural networks are deployed on the Adafruit Feather Bluefruit Sense board. This board hosts the nrF52840 SoC which is built around a Cortex-M4F- based microcontroller. The measurement results show that more complex neural networks achieve higher accuracies, but involve higher energy requirements and longer inference times.

language of presentation: N.N.


Christan Elsner: Gigahertz Ground Penetrating Radar (GPR) for Sediment Exploration

In order to detect measurement objects (e.g. cables and ammunition) in the Wadden Sea, a procedure via ground penetrating radar from a drone is to be determined. For this purpose, a feasibility study with different dispersion media will be carried out in an aquarium. First, a series of measurements in water with a high degree of absorption will be implemented, followed by air as reference medium, followed by sediment with different degrees of saturation with seawater. The measured data are then evaluated in order to determine the attenuation and the propagation velocity for each medium. The aim is to determine the attenuation to determine the required signal power for GPR with GHz in the Wadden Sea with penetration depth up to two meters lateron.

language of presentation: N.N.


Jan-Philip Kniesel: Modeling the Interference of Ultra-Wideband Signals in Multipath Propagation Channels

Recently, one anchor Ultra-Wideband localization systems evolve as a new approach to determine the position of a tag with minimum infrastructure effort. The key of this method is to use a model of the propagation channel including the behaviour of multipath propagation. An issue of multipath propagation channels is, that signal echos can interfere at the receiver. To get a good model of the channel it is necessary to consider interference behaviour correctly. In this paper, we propose a model for Ultra-Wideband signals in multipath propagation channels that consider the phenomenon of interference and evaluate the model with measurements. We show that the proposed model is not able to represent a received signal in amplitude and signal shape completely correct. Additionally, we used the energy of a signal to compare the model and the measurement. We show that the changing of the energy due to different interference patters is represented by the model in a good agreement with the measurements.

language of presentation: N.N.


Sascha Schramm: Modeling the Path Losses of Ultra-Wideband Signals in Multipath Propagation Channels

Recently, a single anchor localization system is a new scientific approach for localization of a tag in a given room by utilizing only one anchor. For this new localization approach, a model for the impulse response is necessary that includes multipath propagation. Theoretically, each position has a unique signal response to a transmitter in a given room, which is called a fingerprint. A part of this fingerprint is the path losses of the original signal and the signal echo. The calculation of the distance between transmitter and receiver, based on a receiving signal, is a basic approach. However, this paper determines the path loss coefficient in a given room to obtain an approximate model that describes the path loss. The evaluation measurement shows a model accuracy of d1 = 11 cm. In sum, this model is a good approximation, which needs further researching to improve the model.

language of presentation: N.N.


Torben Winkel: Modeling UWB Multipath Propagation Considering Material-Dependent Reflection Effects

In Industry 4.0, indoor localization evolves as an important research area. Ultra-Wide-Band (UWB) transceiver systems allow single-anchor based tag localization. The short temporal extent of UWB signal impulses enables the interpretation of multi-propagation paths. Accordingly, the anchor captures the Channel Impulse Response (CIR) of superposed signal echoes from all existing paths. Reconstruction of superposing effects at the receiver antenna requires the prediction of each path’s received signal power. So far, prediction models consider propagation losses. In the case of reflections, the losses of UWB signals are not well documented. Therefore, we introduce a new transceiver model considering multipath and material-depending reflection losses. Based on our measurements, we show the material-dependency of reflection losses and quantify them by refraction indices as we introduce them in our model.

language of presentation: N.N.

23.11.2020: 66. CoSA-Seminar

Hinweis This CoSA seminar will take place as a web conference (BBB Greenlight: CoSA-Seminar). The webconference is available to participants from 11:30 am.


Marco Cimdins: Vom Messwert zur Anwendung:

Die Erfassung von (Sensor)Daten aus heterogenen Quellen und die Integrierung von bestehenden Systemen in eine neue, verteilte Infrastruktur bilden das Rückgrat für die Digitalisierung von Prozessen und dienen als Datengrundlage für weiterführende Prozessanalysen und KI-Algorithmen.
Im Rahmen des Transferprojekts Mittelstand 4.0 Kompetenzzentrum Kiel haben wir eine mobile Infrastruktur für die Nutzung in kleinen und mittelständischen Unternehmen entwickelt.
Sie umfasst ein lokales LoRaWAN sowie WLAN-Netzwerk für die drahtlose Anbindung von Sensoren. Das Herzstück bildet ein mit Virtualisierungslösungen eingerichteten Server, der die erforderlichen Softwarebausteine wie Broker, Datenbanken und Dashboards bereitstellt. Die Daten werden drahtlos erfasst und anschließend auf dem Server gespeichert. Im Anschluss können diese über Dashboard-Plattformen visualisiert und weiterverarbeitet werden.
In diesem Vortrag stellen wir zwei Anwendungsfälle und ein Konzept zu Vernetzung von Bestandssystemen über Middleware vor. Im Anschluss freuen wir uns über einen regen Austausch mit Ihnen. Vielleicht haben auch Sie Anwendungsfälle, die durch die vorgestellte Infrastruktur gelöst werden können.


language of presentation: german

26.10.2020: 65. CoSA-Seminar

Hinweis This CoSA seminar will take place as a web conference (BBB Greenlight: CoSA-Seminar). The webconference is available to participants from 11:30 am.


Sven-Ole Schmidt: Detection of Multipath Interference with Center Frequency Adaption in an UWB Transceiver Model

In Industry 4.0 applications the communication between sensor nodes is indispensable.
But, due to multipath propagation, a received RF signal is the superposition of multiple echoes of the transmit signal, reflected on walls and other obstacles. The limited bandwidth of the transmit signal leads to fusing and overlapping of the single signal-echoes. Therefore, the superposition results in constructive and destructive interference. For the Analysis of multipath propagation, like done in UWB based single anchor indoor localization systems, this leads to erroneous position estimations, since the interference is not detectable, necessarily.
To detect multipath interference, we adapt the center frequency of the transmission to vary the resulting superposition of the multipath propagation. For evaluation, we show the influence of the center frequency on interference by the design of a UWB Transceiver Model including multipath propagation. This model is evaluated by real measurements of a multipath setup for four different center frequencies.

language of presentation: english

28.09.2020: 64. CoSA-Seminar

Hinweis This CoSA seminar will take place as a web conference (Lernraum, Course: TH Lübeck -> Vermischtes -> Webkonferenz). The webconference is available to participants from 11:30 am.


Fabian John: Differential Ultrasonic Detection of Small Objects for Underwater Applications

Exploration of natural and artificial underwater structures is an actual field in development and research projects. Acoustic detection methods are well known and can be used to create seabed and subbottom profiles. The systems have limitations for detection of small objects, especially in presence of large acoustic reflectors. The detection of flat buried objects like unexploded ordnance (UXO) is very difficult with acoustic systems. This work presents a simple setup that utilizes three unfocused transceivers to detect small acoustic disturbances in presence of large acoustic reflectors. We suggest a differential ultrasonic receiver to eliminate equal signal components of two overlapping receivers to detect small objects. Furthermore, we present a differential single-receiver system and an evaluation of different algorithms for data visualization and compare with the frequently applied envelope in single receiver systems. It is possible to detect small objects with the diameter of 6mm located in the water-sediment interface with the differential receiver setup.

language of presentation: german


Projektvorstellung DING - Digitale Infrastruktur für einen nachhaltigen Gebäudebetrieb

Im Klimaschutzplan 2050 (Stand November 2016) hat die Bundesregierung das Ziel eines klimaneutralen Gebäudebestandes noch mit dem Zusatz "nahezu" versehen. Es zeichnen sich jedoch steigende Erwartungen von 100 % ab. Betrachtet man das Zusammenspiel von Gebäuden und Energienetzen (Strom, Gas und Wärme/Kälte), erkennt man weitreichende Abhängigkeiten. Um dieses Zusammenspiel genau untersuchen zu können, wurde das Projekt DING ins Leben gerufen. Ziel und Ansatz: Mithilfe von vielfältigen Sensoren können unterschiedlichste Parameter erfasst und daraus bspw. durch passende Algorithmen oder mithilfe von neuronalen Netzen Einfluss auf den Energieverbrauch von Gebäuden getroffen werden.

language of presentation: german

25.05.2020: 63. CoSA-Seminar

Hinweis This CoSA seminar will take place as a web conference (Lernraum, Course: TH Lübeck -> Vermischtes -> Webkonferenz). The webconference is available to participants from 11:30 am.


Felix Adam: Getting started with FreeCAD: Von der Idee zum 3D-Modell

In dieser Live-Präsentation werden die wichtigsten Funktionen für den Einstieg in die 3D Modellierung vorgestellt. Mit FreeCAD wird ein exemplarisches Beispiel-Objekt erstellt und gezeigt, wie dieses für den 3D-Druck vorbereitet wird.

language of presentation: german


Davide Mechini: Characterization of Ultrasonic Beam Width For Buried Object Detection in Underwater

The general topic is about detection of buried objects underwater with the application of ultrasonic signals with beam forming. The specific scope of this ongoing work is to investigate and optimize the setting for the transmitter and receiver in buried object detection with a strong focus on the beam width of the ultrasonic transducers. First, the beam width of the transducer system has been theoretically analyzed and described by the geometry of the absorber foam collimator. This allowed to model the wave propagation and detection in presence of collimators at the transducers and to visualize the effect of them in terms of power loss. Second, acoustic wave propagation is modeled in a small closed environment to analyze their behavior for buried object detection considering the disturbing factor due to the environment elements reflection.

language of presentation: english

27.04.2020: 62. CoSA-Seminar

Hinweis This CoSA seminar will take place as a web conference (Lernraum, Course: TH Lübeck -> Vermischtes -> Webkonferenz). The webconference is available to participants from 11:30 am.

The CoSA seminar was recorded and is available at: View Record

Marco Cimdins: MAMPI – Multipath-assisted Device-free Localization with Magnitude and Phase Information

Narrowband radio-frequency (RF)-based device-free localization (DFL) systems suffer from multipath propagation. Therefore, we propose MAMPI, a DFL system that employs ultrawideband (UWB) channel impulse response (CIR) measurements between a transmitter and receiver and thereby benefits from multipath propagation. We implement a model for multipath propagation that includes raytracing, diffraction, and inaccuracies of measurements in a validated error model. The multipath assisted DFL system creates feature vectors for each position based on magnitude and phase measurements of each multipath component (MPC) of the CIR. We evaluate the new approach with a position error probability based on the radio propagation model including errors, as well as a distance metric of the feature vector of the positions. We compare the performance of the system with a line-of-sight solution with four instead of two RF-based nodes and variants of magnitude-only and phase-only approaches. By combining the magnitude and phase measurements of a multipath-assisted DFL system, we achieve a position error probability that is similar than the conventional DFL system.

language of presentation: english


Sebastian Hauschild: Entwicklung eines Messaufbaus zur Reduzierung der Auswirkung von Elektrode-Haut-Impedanzen auf die Bioimpedanzmessung

Die Bioimpedanzmessung dient der Bestimmung der passiven elektrischen Eigenschaften von Gewebe. Ein Anwendungsgebiet ist die Detektion von Muskelkontraktionen (elektrische Impedanzmyographie). Typischerweise wird mittels Vierleiter-Messtechnik ein bekannter Wechselstrom im Frequenzbereich zwischen 1 kHz und 500 kHz über Elektroden in das Gewebe geleitet und der resultierende Spannungsabfall gemessen.
Dabei entstehen vom Elektrodentyp abhängige, über die Zeit veränderliche und von der Frequenz des Wechselstroms beeinflussbare Elektrode-Haut-Impedanzen, welche einen signifikanten Einfluss auf die Messung haben können.Gerade bei Trockenelektroden, die keinen zusätzlichen Elektrolyten mitbringen, können sehr hohe Elektrode-Haut-Impedanzen resultieren und damit die zu messenden Bioimpedanzen um einige Potenzen übersteigen. Der kapazitive Charakter der Elektrode-Haut-Impedanzen lässt erwarten, dass eine Erhöhung der Signalfrequenzen einen positiven Effekt auf die Bioimpedanzmessung hat. Allerdings wird die Messbarkeit der Bioimpedanz bei Frequenzen jenseits der 500 kHz negativ beeinflusst. In dem Vortrag wird der Nutzen von Signalfrequenzen deutlich oberhalb von 500 kHz im Anwendungsgebiet der Impedanzmyographie mittels Trockenelektroden vorgestellt.
Anhand eines Simulationsmodells und eines speziell entwickelten Messaufbaus wird gezeigt, ob sich die Auswirkungen der Elektrode-Haut-Übergangsimpedanz auf die Bioimpedanzmessung bei den erhöhten Frequenzen reduzieren lassen, ohne dass die Bioimpedanz selbst signifikant beeinflusst wird. Abschließend wird die praktische Relevanz hoher Signalfrequenzen im Anwendungsgebiet der Impedanzmyographie bewertet.

language of presentation: german

27.01.2020: 61. CoSA-Seminar

Malte Gienow-Broers: PASBADIA - Diagnostische Ophthalmologie am Smartphone
In Zusammenarbeit zwischen der Technischen Hochschule und der Universität zu Lübeck werden im Verbundprojekt PASBADIA Smartphone gestützte patientennahe Diagnoseverfahren mit lokaler und zentraler KI entwickelt und erforscht. Ziel des Projekts ist es, die Sensorik und Rechenkapazität aktueller Mobilgeräte sowie deren Optiken in Verbindung mit einer zentralen Recheneinheit zu nutzen, um Hausärzten im ländli chen Raum breit verfügbare Diagnosegeräte bereitzustellen.
Das Labor für Ophthalmotechnologie erforscht hierfür mögliche opto-technologische Ansätze für die bildgebende Diagnostik. Dafür sollen die optischen Systeme aktueller Smartphones analysiert und auf Grundlage dieser Vorsatzoptiken entwickelt werden, welche mittels spektroskopischer oder fluoreszenz-basierter Methoden die sensorische Datengrundlage im Projekt generieren.
Der Vortrag soll eine Einführung in die Thematik sowie Beispieldatengenerierung geben.

Sebastian Hauschild: PASBADIA (Patientennahe Smartphone-basierte Diagnostik mit lokaler und zentraler KI-Plattform für die Primärversorgung im ländlichen Raum)

In Zusammenarbeit zwischen der Technischen Hochschule und der Universität zu Lübeck werden im Verbundprojekt PASBADIA Smartphone gestützte patientennahe Diagnoseverfahren mit lokaler und zentraler KI entwickelt und erforscht. Ziel des Projekts ist es, die Sensorik und Rechenkapazität aktueller Mobilgeräte in Verbindung mit einer zentralen Recheneinheit zu nutzen, um Hausärzten im ländlichen Raum breit verfügbare Diagnosegeräte bereitzustellen.
Das Kompetenzzentrum CoSA erforscht Lösungswege in der verteilten Erfassung, Speicherung und Verarbeitung von Daten mit begrenzten Ressourcen und teilweise fehlender Internetverbindung, zwischen den Methoden der KI sowie einer zur Verfügung stehenden Datenbasis.
In dem Vortrag werden der Projektrahmen, die Motivation sowie erste Lösungsansätze vorgestellt.

language of presentation: german

25.11.2019: 60. CoSA-Seminar

Marco CimdinsModeling the Magnitude and Phase of Multipath UWB Signals for the Use in Passive Localization

Radio-frequency (RF)-based device-free localization (DFL) systems measure RF parameters such as the received signal strength or channel state information to detect and track objects within a certain area. However, the change of the RF signal caused by the object is superimposed with various changes of the RF signal due to multipath propagation, especially in indoor environments. In this paper, we develop a model for ultrawideband (UWB) channel impulse response (CIR) measurements for application in DFL systems. The model predicts received signal parameters in a setup with a transmitter and a receiver node, a person and multipath propagation. Different from other approaches, the RF hardware, and the model provides both magnitude and phase information for individual multipath components. We evaluate the new model with real measurements that have been conducted with a Decawave DW1000 radio chip. For the magnitudes, we achieved a correlation factor from 0.78 to 0.87 and maximum mean and standard deviation errors of 1.7 dB and 2.2 dB respectively. For the phase, we achieved correlation factor from 0.6 to 0.81 and maximum mean and standard deviation errors of 0.32 dB and 0.47 dB respectively, showing that the prediction of our proposed model for the magnitude and phase fits well to our measurements.

language of presentation: english

28.10.2019: 59. CoSA-Seminar

Manfred Constapel: Enhancing a Learning Platform with Intelligent Feedback to Improve Team Collaboration and Interaction in Small Groups

Due to a high number of participants and limited human tutoring capacities, close supervision and human guidance is hardly possible in large online courses. Thus, the aim of the IKARion project is to develop methods for intelligent and automated diagnosis and intervention in online learning environments. In this paper, we present our distributed  and autonomous feedback system aiming to improve team collaboration and interaction by means of interventions. The feedback system detects and diagnoses existing and emerging problems within the groups based on their interaction patterns. Based on principles of pedagogy and educational psychology, analysis metrics and appropriate measures are provided for different types of feedback including mirroring for exploratory and informative prompts providing appropriate information about progress and actual state for the teamwork, and guiding prompts aiming to modify the interaction and collaboration of a team or an individual student. The distributed feedback system consists of three essential components: Moodle-based learning management system along with various prompts implemented as Moodle plugins, Learning Analytics Backend, and Rule-based Intervention System based on an expert system. We describe, on an architectural level, the distributed feedback system and its components. As a result, we show measurements of two long term experiments carried out in two online courses at university level with a duration of one semester each. We conclude the paper with an outlook on future work.

language of presentation: english


Helge Nissen: Nutzung von Online-Fragebogen auf Smartphones und Desktops: Eine Analyse von soziodemographischen und Kontextfaktoren
Webbasierte Fragebogen sind ein weit verbreitetes und besonders flexibel einzusetzendes Instrument der Datenerhebung. Mobile Geräte haben inzwischen eine hohe Bedeutung und werden u.a. aufgrund ihrer ständigen Verfügbarkeit sogar als primäres Gerät eingesetzt. Seit längerer Zeit werden webbasierte Fragebogen folglich auch auf mobilen Geräten bearbeitet. Die verwendeten Fragebogen-Templates sind jedoch z.T. nicht für die mobile Nutzung geeignet, was sich in höheren Abbruchquoten, längeren Bearbeitungszeiten und auch auffälligen Antwortmustern zeigt. Dieser Beitrag beleuchtet, unter welchen Umständen (zeitlich und örtlich), welche Personengruppe (Geschlecht und Alter), welches Gerät (Desktop oder Smartphone) für das Ausfüllen von Online-Fragebogen verwendet und kann so als Grundlage für die technische Entwicklung von mobilen Fragebogen-Templates dienen. Dazu wurde eine Untersuchung mit N=301 Probanden durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass das Smartphone eher von Frauen verwendet wird. Außerdem kommt es eher in den Abendstunden von zu Hause aus zum Einsatz. Ein Altersunterschied konnte hingegen nicht festgestellt werden.

language of presentation: german

23.09.2019: 58. CoSA-Seminar

Jörg Birkholz: Methoden zur prozeduralen Modellierung von animierten Texturen mit einer prototypischen Umsetzung in der Programmiersprache Java
In der Computerspiele- und Filmindustrie kommen häufig verschiedenste Bilddaten für die Gestaltung von Oberflächen dreidimensionaler Objekte zum Einsatz. Bei diesen Bilddaten handelt es sich und Texturen, die sich auf verschiedenste Art und Weise statisch oder dynamisch erstellen bzw. generieren lassen. In diesem Vortrag wird am Beispiel einer prototypischen Implementierung mit der Programmiersprache Java gezeigt, wie sich durch die Anwendung von prozeduralen Generierungsverfahren unterschiedliche Texturarten, wie Wolken-, Holz-, Marmor- und Netzstrukturen, generiert lassen. Darüber hinaus ist es möglich prozedural generierte Texturen im Gegensatz zu statisch erzeugten Texturen durch kontinuierliche Veränderung von Eingabeparametern bzw. der übergebenen Regelbasis in einem gewissen Rahmen fortlaufend zu animieren.

language of presentation: german

26.08.2019: 57. CoSA-Seminar

Anna Litviņenko: Post-doctoral research on narrow band wireless sensor network design solutions
Nowadays, the amount of smart solutions (smart homes, smart cities, etc) is constantly raising. Within the decade there will be several billions of sensor nodes connected within a huge infrastructure commonly referred to Internet of Things (IoT), thus the typical origin of data will be wireless sensor networks (WSN) traffic. Therefore the proposed research is devoted to investigation of narrowband transmission solutions for WSN. The main goal of the research is to analyze long range, energy effective, high system capacity narrow band transmission solutions for WSN and evaluate its efficiency. During research is planned to evaluate different WSN systems criteria as system capacity, noise immunity, interference immunity, security, performance, etc. As well as to propose new narrowband data transmission technology based on chaotic signal usage. For all these purposes analytical and simulation analyze tools will be employed, results will be validated via laboratory experiments. The results will be summarized and provided as guidelines for WSN system realization, building, exploitation for manufacturers, end users, students and all interested persons.

language of presentation: english

24.06.2019: 56. CoSA-Seminar

Jessica Brandenburger: Analyse der Positionierung und des Erscheinungsbildes von Visualisierungen in Online-Lernumgebungen mittels Eye-Tracking
Lernrelevante Analyseergebnisse können unterschiedlich visualisiert werden. Attraktive Visualisierungsformen für Studierende konnten mittels einer Online-Studie bereits identifiziert werden. Weiterhin spielt die Position sowie die farbliche Darstellung von Visualisierungen in einer Online-Lernumgebung bei der Entwicklung von Unterstützungsmechanismen für Studierende eine große Rolle.

In einer Eye-Tracking Studie (n=20) wurde untersucht, wo eine Platzierung von Visualisierungen in einer Online-Lernumgebung geeignet scheint und ob die farbliche Darstellung von Visualisierungen einen Einfluss auf die Wahrnehmung hat.

language of presentation: german

27.05.2019: 55. CoSA-Seminar

Sven Ole Schmidt: On the Effective Length of Channel Impulse Responses in UWB Single Anchor Localization
Recently, single anchor localization evolves as a new research topic that exploits multipath propagation for calculation of tag positions. With a combination of movement information and particle filters, they provide a precision that is similar to multi-anchor systems. However, a systematic approach to the design and implementation of such systems is not yet available. The combination of theory and mathematical modeling for channel impulse responses is still an open research question that we address in this paper. Therefore, we propose a new representation of a channel impulse response targeted for single anchor localization systems. Based on this representation, we model the relationship between tag positions and channel impulse responses and evaluate the statistic properties of channel impulse responses in this application. In this paper, we introduce a new metric for the assessment of anchor positions, the effective length of CIRs. By the shortest effective length of a set of CIRs, we identify the best anchor position, since it indicates the position where requirements for the measurement of the channel impulse response are lowest.

Andreas Schuldei: Development of an Electro Impedance Tomography-based Platform for Measurement of burial Depth of Cables in Subsea Sediments
Cables buried in the seabed are objects of interests especially as companies have to verify that the buried depth of the cables  is  in  the  expected  range,  typically 1 m. Although  several measurement systems have been designed in the past, there is no solution available  that provides an  accuracy of ±10 cm for this purpose. In our approach we suggest to model and measure the electrical  field  and  electrical  impedance  to  determine  the  depth of  a  sea  cable.  In  the  first  step  we  develop  an  electrical  static field model for analytic investigations. We validate the model by a  simulation  tool  and  provide  results  for  critical  environmental parameters  that  affect  our  measurement  accuracy.

06.05.2019: 54. CoSA-Seminar

Ola Flygt: Running Computer and Network assignments in virtual environments - advantages and disadvantages

Ola Flygt is a lecturer in Computer Science at Linnaeus University in Växjö, Sweden. He has been working at the university for over 30 years and been involved in teaching, course development and administration in different subjects over time. Initially the focus was on Computer Engineering with courses in e.g. Computer Architecture. During this time he was also working on a PhD in Software-Hardware Co-design at Linköping Technical University. Later interest moved over to Computer Science and areas like Artificial Intelligence, Networking and Operating Systems. For the last 10 years the focus is now on networking and IT Security and currently he is teaching in courses like Computer Security, Computer Networks, Mobile and Wireless Security and Digital Forensics.
Apart from teaching Mr Flygt is also programme coordinator for the two bachelor programmes Software Technology and Network Security. He is also participating in international collaboration in projects with universities in e.g. France, Armenia and Argentina.

15.04.2019: 53. CoSA-Seminar

Peter-Christian Quint: Daten über Daten und wie diese (Serverless) integriert werden können
Wie sorgt einer der größten deutschen Versandunternehmen, dass die riesigen Datenmengen in das Data Warehouse kommen? Wie werden unzählige Sensordaten von Motoren und Kraftwerken zu Analyse weitergeleitet? Und wie kann man das Ganze mit Serverless Computing realisieren? In einer kurzen Rundreise vom Data Warehouse, ELT- und ETL-Prozessen, ESB über Data Vault 2.0 wird das Thema Serverless Computing mit dessen Vor- und Nachteilen behandelt.

25.02.2019: 52. CoSA-Seminar

Tim Suthau, Andreas Schuldei & Fabian John: Extense - Entwicklung eines Messsystems (Multisensorplattform) zur Detektion und Ortung von Objekten (Kabel, Munition undTiefseebergbau) in Sedimenten
Im Verbundprojekt EXTENSE wird unter Führung der Sea & Sun Technology GmbH zusammen mit der J&C Bachmann GmbH, der Technischen Hochschule Lübeck und dem assoziierten Partner Fugro Germany Marine GmbH ein Messsystem (Multisensorplattform) zur Detektion und Ortung von Objekten (Kabel, Munition und Tiefseebergbau) in Sedimenten entwickelt.
Gegenüber dem Stand der Technik ist das Ziel, Objekte und Materialien im Meeresboden nicht nur präziser zu lokalisieren, sondern auch besser zu identifizieren. Dies wird durch Sensorfusion in Kombination mit Sonartechnik und Positionsbestimmung erreicht, um künstliche Infrastrukturen wie Unterwasserkabel und Pipelines zuverlässig und genau zu verorten.
Die Technische Hochschule Lübeck, Kompetenzzentrum CoSA, entwirft einen Elektroimpedanz-Tomographie-Sensor inkl. Bildgebung und entwickelt die Sensorfusion des Gesamtsystems (Teilprojekt FUSEIT).
In diesem Vortrag wir die Motivation des Projektes und die Herangehensweise an das Projekt vorgestellt. Dies beinhaltet eine erste Abschätzung der erwartbaren Grenzen des Systems und die Modellierung bzw. Simulation der Unterwasserkonstellation.

Torsten Teubler: Ein Namenszentrischer Ansatz zur Realisierung von Diensten im Internet der Dinge
In der Entwicklung des Internets zeigen sich zwei wesentliche Trends, die das Potential haben, das Internet in der Zukunft zu verändern: der inhaltszentrische Ansatz (engl. Content-Centric Networking, CCN) und das Internet der Dinge (engl. Internet of Things, IoT).
Bei CCN werden Daten bzw. Inhalte mit Namen adressiert und nicht wie bei dem heutigen knotenzentrischen Kommunikationsparadigma Geräte bzw. Knoten.
Im IoT sind vernetzte, internetfähige Alltagsgegenstände bzw. Dinge Teil des Internets.

Mit dem namenszentrischen Ansatz zur Realisierung von Diensten im Internet der Dinge sieht diese Arbeit das inhaltszentrische gegenüber dem knotenzentrischen Paradigma im IoT vor.
Merkmale von CCN wie das Zwischenspeichern von Daten im Netz, das flexible Knotenmodell und die frei wählbaren Namen eröffnen dem IoT neue Potenziale.
In dieser Arbeit werden schwerpunktmäßig ressourcenbeschränkte Geräte im IoT wie z.\,B. Sensorknoten betrachtet.
Ressourcenbeschränkte Geräte sind im heterogenen IoT der bestimmende Faktor für ein durchgängiges Kommunikationsparadigma.

Neben den Potenzialen der Anwendung von CCN im IoT gibt es Herausforderungen:
1. CCN ist für die Verteilung von Inhalten im Internet konzipiert, nicht für die Entwicklung von Diensten im IoT.
Der konzeptionelle Unterschied ist eine Herausforderung bei der Anwendung von CCN im IoT.
2. Gegenüber dem vertrauten knotenzentrischen Paradigma ist das Entwickeln von Diensten mit dem inhaltszentrischen Paradigma eine Herausforderung.
3. Lange, sprechende Namen von CCN sind für ressourcenbeschränkte Geräte im IoT aufgrund der Verarbeitung und ihres Ressourcenverbrauchs bzgl. Speicher und Nachrichten eine Herausforderung.
4. Das Messaging Pattern (MP) von CCN sieht eine starre Abfolge von Nachrichten Anfragen (Interest) und Antwort (Content) vor.
Das Fehlen von MP z.B. für periodische Updates von Sensorwerten, ist eine Herausforderung für die Anwendung von CCN im IoT.

Diese Arbeit schlägt Maßnahmen zum Umgang mit den Herausforderungen vor:
beispielsweise eine Dienstearchitektur mit werkzeugunterstützter Codegenerierung zur Entwicklung von Diensten, Strategien zur effizienten Verarbeitung sowie zur Verkürzung und effizienten Repräsentation von Namen auf den Knoten.
Flexible Dienste nutzen die Gültigkeitsdauer von Nachrichten um den vielfältigen Anforderungen der Anwendungen umzusetzen.
Außerdem werden Daten in Interest-Nachrichten transportiert, somit lassen sich beliebige MP realisieren.

Die Effektivität der  Maßnahmen werden entweder anhand von Beispielen belegt bzw. durch Messungen und Simulationen evaluiert.

28.01.2019: 51. CoSA-Seminar

Henrik Brauer & Sophie Jent: Einsatz von Gamification in online-basierten Trainingsplattformen
Im Rahmen des vom BMBF geförderten Projekts "Digi-Exist" wird ein Präventionsprogramm für Gründer*innen und ihre Mitarbeiter*innen inhaltlich und technisch entwickelt. Das Präventionsprogramm wird als online-basierte Trainingsplattform umgesetzt und besteht aus Online-Assessments, Informationsmodulen sowie verschiedenen verhaltens- und verhältnisbezogenen Trainings.
Um die Motivation der Nutzenden aufrechtzuerhalten oder gar zu steigern, wurde ein Gamificationkonzept für die Trainingsplattform entworfen. Gamification bezeichnet den Einsatz von spieltypischen Elementen und Mechaniken in einem spielfremden Kontext. Das Konzept wurde anschließend mit der Zielgruppe evaluiert.
In diesem Vortrag werden das Gamificationkonzept und erste Evaluationsergebnisse präsentiert.

Sven Ole Schmidt: MOIN: Minimale Ortungsinfrastruktur
Der steigende Trend hin zur schlanken Produktion fordert eine zuverlässige Positionsbestimmung der Vor- und Halbfertigprodukte, sowie die dauerhafte Überwachung des Produktionsprozesses. Hierfür werden vermehrt Ortungssysteme auf Basis von Funklaufzeitmessungen verwendet. Jedoch benötigen diese in der Regel eine hohe Anzahl an Referenzpunkten, die mit hohen Anschaffungs- und Wartungskosten einhergehen. Ziel des Projekts MOIN ist es, die Zahl der Referenzpunkte und die daran gebundene Infrastruktur durch eine intelligente Ausnutzung der Raumgeometrie deutlich zu verringern, um somit das Lokalisationsverfahren für den Endnutzer noch attraktiver zu gestalten.
Der Vortrag wird die Problemstellung dieses Vorhabens beleuchten und den gewählten Lösungsansatz erläutern. Außerdem werden die bisherigen Ergebnisse präsentiert.

26.11.2018: 50. CoSA-Seminar

Swen Leugner: Listen and Talk in IEEE 802.15.4 und Dual-Radio
In drahtlosen Sensornetzen wird das lizenzfreie 2.4 GHz Industrial Medical and Scientific Band stetig populärer. Diese Popularität trägt dazu bei das heterogene, drahtlose Netze entstehen, in welchen der Kanalzustand schwer zu erfassen ist. Im Vortrag werden wir eine neuartige Lösung zeigen, welche das gleichzeitige Senden und Empfangen im Funkstandard IEEE 802.15.4 bereitstellt und eine erhöhte Kanalzustandsdetektion ermöglicht. Wir nennen diesen Ansatz Advanced Clear Channel Assesment, da der Kanalzustand während des Sendens überprüft wird. Zur Evaluation zeigen wir eine neuartige Metrik und stellen das klassische Clear Channel Assesment und Advanced Clear Channel Assesment gegenüber.

Angelos Oikonomopoulos: On the effectiveness of code normalization for function identification
Information on the identity of functions is typically removed when translating source code to executable form. Yet being able to recognize specific functions open up a number of applications. In this paper, we investigate normalization-based approaches for the purposes of aiding the reverse engineer and as an enabler for the rejuvenation of legacy binaries. We iteratively refine our methods and report on their effectiveness. Our results show that a naive approach can be surprisingly effective in both problem domains. Further, our evaluation looks into more advanced normalization techniques and finds that their practicality varies significantly with the problem domain.

22.10.2018: 49. CoSA-Seminar

Jessica Brandenburger: Visualisierungsformen für die Darstellung von Learning-Analytics-Ergebnissen in Online-Lernumgebungen
In der online-gestützten Hochschullehre spielt die Visualisierung von Lernerdaten eine große Rolle.
Insgesamt gibt es weit mehr als 100 Visualisierungsmethoden für die Analyse und Rückspiegelung von Informationen und Daten.
Welche Visualisierungsformen scheinen geeignet für die Darstellung von Lernerdaten, sodass diese Daten für Lernende zugänglich, erfassbar und kommunizierbar gemacht werden können? Daten- und Informationsvisualisierungen wurden im Rahmen einer Online-Studie (n = 120) von Studierenden bzw. ehemaligen Studierenden im Vergleich zu Metapher- und Konzeptvisualisierungen hinsichtlich der User Experience (UX), Ästhetik und des Gesamteindrucks besser bewertet und scheinen geeigneter für den Einsatz in Online-Lernumgebungen zu sein. Zudem wurden Farbkonstellationen für die Rückspiegelung von Lernerdaten einer Gruppe (3-5 Personen) und Piktogramme für die mögliche Darstellung neben instruktionalen Systemrückmeldungen identifiziert.

Markus Domin: Virtuelles Training von Gefahrensituationen – am Beispiel der Entwicklung und Evaluation einer virtuellen Pannensimulation
Virtuelle Trainingsumgebungen kommen in den verschiedensten Bereichen zum Einsatz, hauptsächlich jedoch in Gefahrensituationen, welche sich in der Realität schwer üben lassen. So kommt es in Deutschland zu ca. 4 Millionen Autopannen im Jahr, welche dann für die Betroffenen nur aus theoretischem Wissen bekannt sind. Der Vortrag beschreibt die Entwicklung und Evaluation einer VR-Simulation von Pannensituationen. Zudem wurde auch ein Augenmerk auf Design-Aspekte und Usability gelegt, um herauszufinden, welche für VR-Anwendungen relevant sind.

10.09.2018: 48. CoSA-Seminar

Marco Cimdins: Gerätefreie Ortung mit Funkschnittstellen

Durch die fortschreitende Digitalisierung und die Entwicklung des Internets der Dinge werden eine Vielzahl von Geräten drahtlos verbunden. Während der Übermittlung der Nachrichten bestimmt die Funkschnittstelle automatisch Kanalparameter wie die Signalstärke zwischen den Sensoren. Bisher wurde die Signalstärke zur Bestimmung der Kanalqualität und Messung der Distanzen zwischen den drahtlos verbundenen Geräten verwendet. In diesem Vortrag zeigen wir wie die Funksignale in einem neuen Forschungsgebiet, der gerätefreien/passiven Ortung, zur Positionsschätzung von bewegenden Objekten und Personen genutzt werden kann.

15.06.2018: 47. CoSA-Seminar

Gunther Ardelt: Entwicklung eines Hybridverfahrens zur nichtinvasiven Bestimmung des Blutdrucks mit UWB-Radar (Ultra wideband) und Ultraschall
Aufgrund der Anforderung, den arteriellen Blutdruck nichtinvasiv und kontinuierlich präzise messen zu können, sowie aufgrund der bislang noch unzureichenden Genauigkeit bestehender Verfahren, wird hier ein Ansatz verfolgt, der bisherige Transmissions- und Reflexionsansätze der UWB-Technik verbindet und mit Ultraschall kombiniert. Das wesentliche Ziel des Forschungsprojekts ANIPULS besteht darin, ein Verfahren zur kontinuierlichen, nichtinvasiven Detektion des arteriellen Blutdrucks auf der Basis eines kombinierten Transmissions- und Reflexionsansatzes mit elektromagnetischen Ultrabreitband-Signalen zu entwickeln. Insbesondere soll erforscht werden, wie weit über die derzeit verfügbaren Verfahren hinaus die Messgenauigkeit durch den neuartigen Ansatz gesteigert werden kann. Zentrale Ziele sind der Entwurf eines geeigneten Messverfahrens sowie der Aufbau eines Modells zur Auswertung der Messergebnisse. Dieser Ansatz, gestützt durch parallel erstellte Simulationsergebnisse, verfolgt das Ziel die Druckzustände im Gefäß über den gesamten klinisch relevanten Bereich zu messen. Hierbei wird im aufgebauten Modell und innerhalb des zu untersuchenden Gefäßabschnitts der Druck mit einem Referenzsystem kontinuierlich aufgezeichnet.

Yuefeng Liu: Modeling, implementation and evaluation of SLAM for determination of anchor configurations
Industry 4.0 applications become more and more important. Real-time data acquisition allows the construction of digital representation of real production lines. These representations ("digital twins") create great opportunities for process management and optimization. To achieve that, the system needs to be able to accurately pinpoint the location of goods, tools and production parts. Research and practice show that localization systems can be realized with a high degree of accuracy by using Ultra-Wide-Band (UWB) technology. Anchors (transmitters) are placed all over the production line, all moveable objects can be equipped with or become a tag (receiver). Thus, a tag provides its position within the production line using distance measurements from several anchors. For this, positions of all anchors need to be known in advance. The determination of the precise positions of anchors in an unknown production line can be treated as a problem of SLAM (simultaneous localization and mapping).

28.05.2018: 46. CoSA-Seminar

Andreas Hanemann: Netzstrukturen für Weitverkehrsnetze
Die Vernetzung von Hochschulen und Forschungseinrichtungen innerhalb von Ländern erfolgt über nationale Wissenschaftsnetze, wie z.B. in Deutschland durch das vom DFN-Verein betriebene Wissenschaftsnetz (X-WiN). Bei diesen Netzen ist es üblich, ca. alle 5 bis 7 Jahre eine neue Netzgeneration zu konzipieren, wobei grundlegende Entscheidungen für den Aufbau der Netzstandorte getroffen werden müssen. In diesen Vortrag wird dargestellt, welche grundsätzlichen Möglichkeiten für die Netzstandorte existieren, z.B. ob alle Standorte Router enthalten sollten. Außerdem wird ein Ausblick auf zukünftige Entwicklungen (u.a. Alien Wavelength, Software Defined Networking) gegeben.

Sophie Jent und Helge Nissen: Der Einsatz von Personas am Beispiel von Digi-Exist
Das Konzept der Persona wird in der Softwareentwicklung eingesetzt, damit alle Projektbeteiligten trotz eventuell verschiedener fachlicher Prägung ein gemeinsames Verständnis von den späteren Anwendenden entwickeln können. Eine Persona ist eine fiktive Person, die einen typischen Nutzenden bzw. eine Benutzergruppe repräsentiert.
Im Vortrag werden das Konzept der Persona genauer vorgestellt sowie Vor- und Nachteile aufgezeigt. Außerdem wird die Vorgehensweise am Beispiel des Forschungsprojekts Digi-Exist erläutert. In diesem Projekt wird ein online-basiertes Gesundheitsprogramm für Gründerinnen und Gründer und ihre Beschäftigten entwickelt. Das Modell der Persona kam dabei insbesondere bei der Inhaltsentwicklung zur Anwendung. Basierend auf zu Projektbeginn durchgeführten Beobachtungen und Befragungen in der Zielgruppe stellten sich prototypische Nutzende heraus und konnten in den Entwicklungsprozess einbezogen werden, um das Gesundheitsprogramm auf die Herausforderungen in jungen Unternehmen auszurichten. Darüber hinaus wurden die Personas im Gesundheitsprogramm inhaltlich integriert und begleiten so die Nutzenden während der Anwendung.

23.04.2018: 45. CoSA-Seminar

Manfred Constapel: Draise
Die industrielle Fertigung wandelt sich mit der Digitalisierung. Fertigungsstücke werden individuell durch Industrie 4.0-Technologien; sie sind jederzeit und überall erfassbar. Fertigungsprozesse werden digitalisiert und bilden Struktur und Verhalten einer Fertigungs- und Produktionsstrasse ab, womit sich wichtige Erkenntnisse zum Ablauf gewinnen lassen. Dies setzt eine Vernetzung der Fertigungsstücke voraus, welche die klassische Automatisierung ergänzt. Drahtlose Sensoren sind an Fertigungsstücke gekoppelt und bilden großflächige und dichte Sensornetze. Messgrößen der Sensoren sind beispielsweise Ort, Zeit, Temperatur, Beschleunigung, Geräusch oder Luftfeuchte, welche nach Anforderung der Datenanalyse ausgewählt und ausgewertet werden.

Derartige Sensornetze stellen neue Herausforderungen und Forschungsfragen an Industrie 4.0-Anwendungen. Das Projekt DRAISE hat das Ziel, produktionsrelevante Daten in Industrieanlagen zuverlässig zu erfassen und entsprechend aufzubereiten. Hierfür werden Transportwagen einer Fertigung drahtlos vernetzt und Temperatur, Erschütterung, Position und Zeit erfasst. Zusätzlich interagieren die Mitarbeiter in der Produktion über eine definierte Mensch-Maschine- Schnittstelle mit dem System. Zur Minimierung der Auswirkungen durch andere, drahtlose Systeme werden Time Division Multiple Access (TDMA)-basierende Protokolle für die Single-Hop- und Multi-Hop-Kommunikation entwickelt. Die Kommunikation wird durch Lokalisierungskomponenten ergänzt, welche mit einem System auf Basis von Ultra-Wide-Band (UWB) implementiert ist. Für die angestrebte, zuverlässige und robuste Kommunikation werden zukünftig Frequenzsprungverfahren und Spectrum Sensing die entwickelten Protokolle erweitern. Ein großflächig und produktiv eingesetzter Demonstrator dient der ständigen Leistungsbewertung des Systems.

Swen Leugner: Basics of an new leading synchronization protocol for wireless sensor networks
Precise clock synchronization is still a challenge in many applications. For instance in wireless sensor networks (WSN) a synchronized medium access control is necessary to reduce packet collisions. Many state of the art solutions require multiple messages resulting in a non-comprehensive solution. Especially in multi-hop networks, these synchronization errors accumulate with the number of hops. We introduce the basics of a new protocol that provides a comprehensive solution for WSN. Preliminary experiment results are presented.

19.02.2018: 44. CoSA-Seminar

Jessica Brandenburger und Manfred Constapel: IKARion
In dem Projekt IKARion geht es um die Entwicklung intelligenter, automatisierter Diagnosen und Interventionen (Visualisierungen und intelligenten Prompts) zur Verbesserung der Kleingruppenarbeit in der online-gestützten Lehre. Als Grundlage für die Entwicklung geeigneter Interventionen dienen Interaktionsmuster aus dem sozialen, pädagogischen sowie psychologischen Bereich. Die Implementierung eines intelligenten Tutors für die Lernplattform Moodle basiert auf Mustern typischer Probleme, die bei Kleingruppenarbeiten auftreten. Die Gruppenarbeit soll durch geeignete Interventionen und einer Steigerung der Group Awareness verbessert werden.

22.01.2018: 43. CoSA-Seminar

Angelos Oikonomopoulos: Internet of Things in Smart Streetlighting
Modern cities are considering the benefits of smarter infrastructure. In this project, we propose and develop a number of applications that can be deployed on a city-wide mesh network composed of interconnected street lamps. The network can act as a conduit for sensor data aggregation, which enables more efficient scheduling of maintenance and administration operations of the city infrastructure. Additionally, environment sensing and decentralized communication can result in energy savings in the lighting infrastructure itself.

27.11.2017: 42. CoSA-Seminar

Anna Litviņenko - Chaos based linear precoding for OFDM systems
This research presents a novel multicarrier (MC) modulation method based on the linear precoded orthogonal frequency division multiplexing (LP-OFDM). For linear precoding an orthogonal transform - the orthogonalized chaotic transform (OCT), which is based on the chaotic 1-D logistic map and the Gram- Schmidt orthonormalization process, is employed. This orthogonal transform based precoding spreads information over the whole orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) signal spectrum, therefore providing higher resistance to the multipath propagation and the lower the peak-to-average power ratio (PAPR) level in comparison with the conventional OFDM system. Two types of the LP-OFDM systems are presented: with and without pilot signal precoding. For assessment of newly proposed OCT-OFDM system performance well-known Walsh-Hadamard transform (WHT) based LP-OFDM is used. Baseband communication system models, created using computer simulation environment, have been used in order to investigate the validity of the proposed WHT and OCT based LP-OFDM systems with and without pilot symbol precoding. As a result, the bit error rate (BER) performance over a Relay channel for all the observed LP-OFDM system models and the conventional OFDM model are compared. In addition, the instantaneous power complementary cumulative distribution functions (CCDFs) of the waveforms, transmitted by the OFDM and the LP-OFDM systems, are explored and compared.

Anna Litviņenko - Waveform impact on the efficiency of RF-to-DC conversion in wireless power transfer systems
This research is dedicated to the investigation of the influence of different waveforms on the efficiency of radio frequency (RF) to direct current (DC) conversion in wireless power transfer (WPT) systems. Single-tone, multi-tone, random and chaotic signals are used and compared as waveforms for wireless power transfer. The influence of peak-to-average power ratio (PAPR) and average input power of the waveform on the efficiency of RF-to-DC conversion is measured in laboratory conditions and studied. A commercially available RF energy harvesting device – Powercast P2110B is used as RF-to-DC conversion circuitry.

23.10.2017: 41. CoSA-Seminar

Prof. Dr. Nane Kratzke:  Der Bundestagswahlkampf auf Twitter - War der Ausgang abzusehen?
Von Juni bis September wurden Twitter-Interaktionen mit deutschen Politikern des 18. deutschen Bundestags und bundespolitisch relevanten Politikern der FDP und AfD "mitgeschnitten" und als Open Data Datensatz für weitere Analysen aufbereitet. Insgesamt wurden die Accounts von 364 Politikern verfolgt. Im Rahmen dessen wurden etwa 120.000 Twitter User erfasst, die gemeinsam über 1.2 Mio. Tweets erzeugt haben. Dies entspricht einer Stichprobe von etwa 5% des tatsächlichen Traffics auf Twitter. Die Gesamtmenge der erfassten Daten beträgt ca. 10 GB. Der Vortrag stellt erste Erkenntnisse vor, die in diesem Datensatz zu finden sind. Dabei wird einigen Fragen nachgegangen, z.B. ob es "laute" und "leise" Parteien auf Twitter gibt? Lässt sich die politische Nähe von Twitter Nutzern zu Parteien ableiten? Eignet sich Twitter als Instrument für die Meinungsforschung? Und vor allem: War das Wahlergebnis bereits im Vorfeld absehbar?

26.06.2017: 40. CoSA-Seminar

Content-Centric Networking (CCN) is a new paradigm for the future Internet where content is addressed by hierarchically organized names with the goal to replace TCP/IP networks. Unlike IP addresses, names have arbitrary length and are larger than the four bytes of IPv4 addresses. One important data structure in CCN is the Forwarding Information Base (FIB) where prefixes of names are stored together with the forwarding face. Long prefixes create problems for memory constrained Internet of Things (IoT) devices. In this work, we derive requirements for a FIB in the IoT and survey possible solutions. We investigate, design and compare memory-efficient solutions for the FIB based on hashes and Bloom-Filters. For large number of prefixes and an equal distribution of prefixes to faces we recommend a FIB implementation based on Bloom-Filters. In all other cases, we recommend an implementation of the FIB with hashes.

Markus Domin: Holidaily - Entwicklung einer App für Urlaube und nachhaltige Erholung
Im stressigen Berufsalltag kommt Erholung oft zu kurz. Viele Menschen verschieben daher die Erholung auf den Urlaub - entsprechend hoch sind die Erwartungen. Holidaily ist eine Smartphone-App, die seine Nutzer dabei unterstützt, die Erholungswelt zu pflegen.

In diesem Vortrag geht es um die Entwicklung der Holidaily-App. Im einzelnen soll betrachtet werden, welche Techniken zum Einsatz kommen und wie es gelingt eine App mit Hilfe von Webtechnologien in kurzer Zeit umzusetzen, ohne dabei die Aspekte der Kompatibilität und der verschiedenen Betriebssysteme Android und iOS aus den Augen zu verlieren.

22.05.2017: 39. CoSA-Seminar

Prof. Dr. Jochen Abke: FPGA basierte Auswertung von inkrementalen Drehgebern zur Positions- und Geschwindigkeitsbestimmung und Darstellung der Messwerte mit einen Web-Browser
Für inkrementale Drehgeber wird üblicherweise mit einen Quadraturencoder eine Position bestimmt. Aus der Positions- bzw. Wegdifferenz zweier aufeinanderfolgender Messwerte kann die Geschwindigkeit berechnet werden.
In diesem Vortrag werden die Grenzen dieses Verfahren aufgezeigt und eine alternative Methode vorgestellt, die auch bei mehrerern Achsen synchrone und sehr genaue Messwerte durch eine parallele Verarbeitung in einem FPGA/µC liefert.

Eingebettete Systeme verfügen zum Teil über kein graphisches User-Interface oder besitzen eine properitäre graphische Schnittstelle, die ein spezielles Terminal oder eine spezielle Software erfordert. In diesem Vortrag wird ein eingebettetes System vorgestellt, das - trotz der begrenzten Ressourcen - über einen integrierten Web-Server verfügt.  Daten werden über HTTP und AJAX im JSON-Format ausgetauscht. Damit lässt sich das eingebettete System über jeden Webbrowser überwachen und steuern. Ein Berechtigungssystem schützt vor unbefugtem Zugriff.

24.04.2017 38. CoSA-Seminar

Peter-Christian Quint: Cloud Computing, Container Cluster und aktuelle Forschung – Neuigkeiten aus dem Projekt Cloud TRANSIT

Cloud Computing, Microservice, Container- und Cluster-Technoliegen werden von internationalen Unternehmen (z.B. Google) für ihre Produktivsysteme genutzt. Im Projekt Cloud TRANSIT werden Lösungen erarbeitet, um diese Technologien für kleine und mittlere Unternehmen automatisiert und ohne Vendor Lock-In nutzbar zu machen. Dafür wird im Kompetenzzentrum CoSA der ECP-Deployer entwickelt, ein Tool zum automatischen Bereitstellung von cloud-nativen Anwendungen in einer Multi-Provider Cloud-Umgebung. Neue und in Entwicklung befindliche Features sind beispielweise die Integration von migrierbaren Storage-Cluster und Auto-Scaling-Funktionalität, die im Seminar vorgestellt werden.

Neben dem Vortrag über Fortschritte und Ausblick im Forschungsprojekt Cloud TRANSIT wird der ECP-Deployer live vorgestellt.

Sophie Jent: Gamification für blinde und sehbehinderte Menschen

Der Einsatz von spieltypischen Elementen und Vorgängen in einem spielfremden Kontext wird als Gamification bezeichnet und findet immer häufiger Anwendung, um die Motivation von Personen zu steigern. Innerhalb von Anwendungen können beispielsweise Punkte sowie visuell aufbereitete Abzeichen gesammelt werden und der Fortschritt wird mit einem Balken dargestellt. Aber wie können blinde und sehbehinderte Menschen mit Gamification motiviert werden?

In diesem Vortrag werden Ansätze und Ideen für ein Gamificationkonzept vorgestellt, das die oben genannte Zielgruppe miteinbezieht. Das Konzept soll anschließend diskutiert werden.

27.02.2017 37. CoSA-Seminar

Mathias Pelka: Analyse, Optimierung und systematischer Aufbau von Ortungssystemen

Der zunehmende Fortschritt in der Miniaturisierung führt zu kleinen Geräten, die mit einiger Rechenleistung ausgestattet werden. Drahtlose Sensorknoten, Smartphones und Wearables sind vernetzt und werden sowohl im industriellen Umfeld, im Dienstleistungsbereich sowie im privaten Umfeld eingesetzt. Ortsinformationen ermöglichen neue Anwendungen, z. B. für das Internet der Dinge, bei dem eine Vielzahl von Geräten an das Internet angeschlossen ist. Da sich bisher kein Ortungssystem als Standard etabliert hat, sind Ortungssysteme Spezialanfertigungen, die auf Anwendungen bzw. Probleme zugeschnitten sind. Neuentwicklungen lösen dabei immer wieder die gleichen Herausforderungen. Dies bindet Ressourcen und erhöht die Kosten von Ortungssystemen. Das Ziel dieser Arbeit ist es, bestehende Ortungssysteme für neue Aufgaben zu ertüchtigen und somit überflüssige Neuentwicklungen zu vermeiden. In diesen Vortrag werden Lösungen für einige Probleme, wie Klassifikation und Skalierbarkeit vorgestellt. Ein Ergebnis dieser Untersuchung ist ein systematisches Vorgehen zum Aufbau von Ortungssystemen. 

Jan Markmann: Entwicklung eines Physical Layers einer akustischen Unterwasserkommunikation mittels eines Software Defined Ansatzes

 Für die Unterwasserkommunikation stehen nur wenige Kommunikationskanäle zur Verfügung. Vorhandene Implementierungen erfüllen die Anforderungen an Kommunikation für autonome Unterwasserfahrzeuge nicht, da entweder nur niedrige Datenraten (Akustik) oder niedrige Reichweiten (Optik) erreicht werden. Dieser Vortrag stellt eine Unterwasserkommunikation über Ultraschall vor. Die starken Mehrwegesignale des akustischen Kanals werden durch das entwickelte Modell verdeutlicht. Um trotz des anspruchsvollen Kanals hohe Datenrate zu erreichen wird Orthogonal Frequency Division Multiplex (OFDM) verwendet. Im Gegensatz zu anderen Implementierungen wird dies auf einer in Unterwasserfahrzeugen einsetzbaren Plattform durchgeführt. Hierbei werden mittels Ultraschall Datenraten von bis zu 100 kBit/s erreicht. Zusätzlich wird die Implementierung mit einer elektrischen Feldkommunikation evaluiert.


28.11.2016 36. CoSA-Seminar

Martin Mackenberg: LUMEN II (Luebeck Medical Engineering) ein neues Projekt bei CoSA
Im Projekt LUMEN II werden Multimodale Messverfahren entlang der Hirn-Herz-Achse im Rahmen von verschiedenen Teilprojekten entwickelt. CoSA erforscht Methoden zur multisensorischen Adjustierung der invasiven Blutdruckmessung durch Kompensation des Einflusses der Körperposition. Es werden dabei Verfahren zur Messung der Körperposition bzw. der Position des Druckaufnehmers mithilfe eines Body-Area-Networks (BAN) erforscht. Zur Kompensation des Einflusses der Körperposition wird die absolute Position des Herzreferenzpunktes z.B. mithilfe barometrischer Drucksensoren gemessen. Die genaue Position des Herzreferenzpunktes ist nicht bekannt und kann zu zusätzlichen Messunsicherheiten führen. Die Messung von Herztönen ermöglicht die absolute Positionsbestimmung des Herzreferenzpunktes und eignet sich darüber hinaus zur medizinischen Diagnose z.B. zur Messung von Herzgeräuschen. Derzeitige Verfahren zur genauen Messung der Herzposition z.B. MRI und CT und Ultraschall sind entweder nicht sehr mobil, teuer oder können keine Herztöne messen.

Marco Cimdins: Entwurf und Implementierung eines passiven Lokalisierungssystems

Gerätefreie passive Lokalisierungssysteme ermöglichen das Erkennen, das Verfolgen sowie die Identifikation von Entitäten, die weder ein Gerät bei sich tragen, noch aktiv am Lokalisierungsprozess mitwirken. Solche Systeme eignen sich für Anwendungsszenarien wie Einbruchsschutz, betreutes Wohnen von älteren Personen und Smart-Home-Anwendungen.

Es wird ein auf Anomalieerkennung-basierendes System vorgestellt, welches mit Hilfe von Empfangssignalstärkemessungen die Präsenz einer Entität erkennt und mit Hilfe eines Partikelfilters die Position bestimmt. Das System benötigt eine kurze Trainingsphase, in der die Wahrscheinlichkeitsdichten der Signalstärken geschätzt werden. Anschließend folgt in der Onlinephase die Bestimmung der Signalstärkeänderungen, welche von einer Entität verursacht und für die Lokalisierung genutzt werden. 

24.10.2016 35. CoSA-Seminar

Torsten Teubler: 
Design of Expert Systems for Autonomous Underwater Vehicle Control

The development process of an intelligent autonomous underwater vehicle (AUV) is based on experiential
knowledge leading to uncertainty in the software development for the intelligent AUV control. In this work we suggest an expert system to implement the AUV control software because expert systems handle uncertainty during the development process better than conventional, procedural programming languages. Furthermore, we provide design principles for the system architecture and the expert system. Finally, we present preliminary evaluation results on our designated computer hardware for the AUV we develop in a joint research project.

Andreas Hanemann: Vorstellung von praxisrelevanten IT-Sicherheitstools 

In diesem Vortrag werden verschiedene Open Source Tools vorgestellt, die im Zusammenhang mit IT-Sicherheit interessant sind. Im einzelnen geht es um die spezielle Suchmaschine, die Schwachstellenscanner OWASP ZAP und Arachni, die Firewall- und VPN-Lösung pfSense, das Verschlüsselungstool VeraCrypt sowie das Steganographieprogramm SilentEye.

26.09.2016 34. CoSA-Seminar

Mathias Pelka: Introduction, Discussion and Evaluation of Recursive Bayesian Filters for Linear and Nonlinear Filtering Problems in Indoor Localization

Linear and nonlinear filtering for state estimation (e.g. position estimation or sensor fusion) for indoor positioning and navigation applications is a challenging task. Sensor fusion becomes more important with cost-effective sensors being readily available. However, state estimation with recursive Bayesian filters for sensor fusion and filtering are difficult to apply. We present an overview for the general Bayesian filter and derive the most commonly used recursive Bayesian filters, namely the Kalman, extended Kalman and the unscented Kalman filter along with the particle filter.  The later Kalman filters are extension of the original Kalman filter, which are able to solve nonlinear filtering problems. The particle filter is also able to solve nonlinear filtering problems. We evaluate the recursive Bayesian filters for linear and nonlinear filtering problems for sensor fusion from relative dead reckoning positioning data and absolute positioning data from an UWB positioning system. We discuss and evaluate performance and computational complexity and provide recommendations for the use case of the recursive Bayesian filters.

Grigori Goronzy: Indoor Positioning System for Self-Balancing Robots based on QR Codes

Localization systems for mobile robots are a trade-off between accuracy, robustness and costs. Current solutions for landmark based indoor localization are either expensive or inaccurate and unreliable. Accurate solutions require costly infrastructure and/or high computational power. Additionally, specific applications such as self-balancing robots have challenges due to the unstable nature of the underlying robot system. In this paper, we present the accurate landmark-based positioning system QRPos that is based on QR codes mounted on the ceiling. Extended QR codes are recorded with a standard low-cost CMOS camera and are extracted and decoded with low computational requirements. Self-localization is implemented with 3D pose estimation based solely on camera data to allow for inexpensive positioning with arbitrary camera orientations. We evaluate QRPos by simulation and experiments with a low-end embedded camera against a baseline localization method that is not capable of handling arbitrary camera orientations. We find that QRPos estimates the camera pose with satisfactory accuracy and achieves positioning accuracy and robustness suitable for navigation of self-balancing robots.

25.07.2016 33. CoSA-Seminar

Mathias Pelka: Impact of Altitude Difference for Local Positioning Systems and Compensation with Two-Stage Estimators

In range-based positioning systems, an altitude difference between tag and reference plane causes errors in two- and three-dimensional positioning. We analyze how these errors reduce accuracy of LPS and show how compensation of the altitude difference improves performance of positioning. In this paper, we consider the availability of additional altitude information and transform the three-dimensional positioning problem into a two-dimensional problem. We provide algorithms for time-based positioning systems with a two-stage estimator for Two-Way Ranging and Time Difference of Arrival and incorporate additional altitude information. We simulate our approach for altitude difference compensation and provide an evaluation based on a UWB radio with ranging capability and a barometric sensor for additional altitude information. A comparison is then made between our approach and standard solutions such as the Extended Kalman filter and the Unscented Kalman filter. Finally, the successful decrease in the positioning error for two- and three-dimensional positioning system, using the system disclosed herein, is illustrated. Based on our analysis, we derive practical solutions to deal with altitude differences for positioning systems. 

Helge Nissen: Digitale Gesundheitsprävention für Existenzgründungen – Digi-Exist

Die Kombination aus hoher Arbeitsbelastung, existenzieller Unsicherheit, Verantwortungsdruck und Stress stellt eine hohe Gefahr für junge Unternehmen dar. Das interdisziplinäre Verbundprojekt „Digitale Gesundheitsprävention für Existenzgründungen“ (Digi-Exist) widmet sich der Entwicklung präventiver Kompetenzen von ExistenzgründerInnen und ihren MitarbeiterInnen. Dazu werden Fragestellungen zu verhaltenspräventiven Ansätzen, also zum individuellen Gesundheitsverhalten, ebenso wie verhältnispräventive Maßnahmen, die auf Veränderungen von strukturellen Lebens- und Arbeitsbedingungen abzielen, bearbeitet. Um die Zielgruppe mit den entwickelten Präventionsmaßnahmen zu erreichen, werden diese in einer webbasierten Plattform gebündelt und hinsichtlich eines möglichst ansprechenden Nutzungserlebnisses medial aufbereitet, erprobt und evaluiert. Mit diesem digitalen Instrument, das traditionellen Angeboten der betrieblichen Gesundheitsförderung gegenübersteht, wird eine Sensibilisierung von jungen UnternehmerInnen und ihren MitarbeiterInnen für dieses Thema angestrebt.


20.06.2016 32. CoSA-Seminar

Peter Quint: OpenStack, Docker und Container Cluster – ein “Round Trip” mit persönlichen Erfahrungswerten

OpenStack ist eine Open Source Cloud-Plattform, die jeder schnell und einfach installieren kann – oder? Es werden die einzelnen Komponenten vorgestellt und Stolpersteine aufgezeigt. Dann geht es von der Infrastruktur zur (Software-) Architektur: neben der Vorstellung von Micro-Services wird Container-Technologie (Docker) genauer durchleuchtet.  Abgerundet wird das Thema mit den Möglichkeiten von Container-Clustern. Und natürlich wird die Frage: „Was hat die eine Technologie mit der Anderen zu tun?“ geklärt.

25.04.2016 31. CoSA-Seminar

Mathias Pelka: S-TDoA - Sequential Time Difference of Arrival - A Scalable and Synchronization Free Approach for Positioning

In the past various solutions for localization evolved to productive usage for wireless applications. These solutions are robust, precise and energy efficient. However, scalability, complexity and flexibility are still open issues. Especially, supported number of objects or update rates for localization are still limiting factors for the usage of the systems. In this work we suggest an approach called S-TDoA which stands for sequential Time Difference of Arrival that supports unlimited number of objects and high update rates. The key concept is a sequential triggering of anchors that send periodic messages. Tags determine their position by listening to the anchor messages and measuring time intervals. Additionally, this approach enhances security because tags are not visible as they do not send messages. We implement and evaluate S-TDoA in a localization system based on UWB-RF- Chips. The preliminary results demonstrate the advantages of our implementation regarding scalability and update rates as well as privacy.

21.03.2016 30. CoSA-Seminar

Tim Esemann: DRAISE (Drahtlose, robuste, adaptive, industrielle Systeme) ein neues Projekt bei CoSA

Im Verbundprojekt DRAISE werden drahtlose Kommunikationssysteme für die Produktions- und Intralogistik erforscht und entwickelt. Diese Kommunikationssysteme erlauben es, Daten zuverlässig per Funk aus Industrieumgebungen zu erfassen, zu relevanten Informationen zu kondensieren und zu korrelieren, um einen Mehrwert zu erzielen.

Ziel des Teilvorhabens von CoSA ist die Erforschung und Optimierung von Protokollen für drahtlose Kommunikationsnetze für die Produktions- und Intralogistik. Die FH Lübeck erarbeitet in Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Hamburg-Harburg (TUHH) Lösungen zu den technischen Herausforderungen. Die FHL entwickelt schwerpunktmäßig Lösungen für die Single-Hop Kommunikation. Die TUHH ist für die Multi-Hop Kommunikation zuständig. Zum Erreichen der Ziele sind zuverlässige Koexistenz mit anderen Funksystemen, fehlerfreie und zeitnahe Kommunikation sowie die nahtlose Anbindung über ein oder mehrere Gateways zu erforschen und zu entwickeln. Die Kommunikation muss im industriellen Umfeld so zuverlässig sein, dass eine Latenz unter 10 ms sowie eine geringe Paketverlustrate angestrebt wird, selbst beim Auftreten von typischer Störung.

Der Vortrag stellt das Projekt und erste Lösungsansätze vor.

Torsten Teubler: Testbed for Development of Networked Autonomous Underwater Vehicles

Development of underwater vehicles is a complex and challenging task. Especially the integration of components like sensors and actuators in a control loop is difficult and costly and requires many experiments. One of the difficulties is the lack of debugging facilities underwater. In this paper, we suggest a distributed system architecture and a testbed concept for the development of networked autonomous underwater vehicles. Our  approach is based on standard Ethernet and TCP/IP enabling use of industrial hardware like single board computers and switches. Furthermore, we suggest a mesh network with a layer 2 ad-hoc routing for wireless interconnection of underwater vehicles and infrastructure like base stations. The suggested mesh network integrates WiFi for communication on the surface and underwater electrical field communication. To support the integration process of sensors and actuators we suggest external components for our testbed. We implement an external component including a remotely operated underwater vehicle. This remotely operated underwater vehicle serves as a carrier for sensors and allows the implementation of a control loop in underwater environments. We set up a testbed and present an evaluation of the ad-hoc routing and a dedicated control application with the remotely operated vehicle in a water tub.

22.02.2016 29. CoSA-Seminar

Peter-Christian Quint: Overcome Vendor Lock-In by Integrating Already Available Container Technologies - Towards Transferability in Cloud Computing for SMEs

Container clusters have an inherent complexity. A distributed container application in the cloud can be complex at planning, installation and configuration, maintenance and failure search. Small and medium enterprises (SMEs) are mostly limited by their financial and personnel restrictions. Using advanced cloud technologies like a container cluster often requires high personnel expenses or the use of an external system builder. Additional to economical, security and governance issues also technical vendor lock-in causes worries. This presentation introduces C4S, an open source system for SMEs to deploy and operate their container application with features like elasticity, auto-scaling and load balancing. The system also supports transferability features for migrating container between different Infrastructure as a Service (IaaS) platforms. In the presentation a solution for SMEs to use the benefits of cloud computing without the disadvantages of vendor lock-in will be shown.

Adelka Nils: Einfluss von Kausal Attributionen auf die Systembewertung in Usability Tests

Die Attributionsforschung beschäftigt sich mit der subjektiven Ursachenzuschreibung die Menschen in Erfolgs- und Misserfolgssituationen für sich finden. Die Art und Weise wie Menschen Ursachen bewerten, z. B. wie viel Kontrolle sie empfinden um Einfluss auf die Ursache zu nehmen, hat Auswirkungen auf das Verhalten, die Emotion und die Motivation. In dieser Studie wird untersucht ob unterschiedliche Attributionsmuster sich unterschiedlich auf die Systembewertung in Usability-Tests auswirken. Dazu wurden zwei standardisierte Fragebögen zur Messung der Attributionsmuster und zur Messung der Systembewertung verwendet. Die Usability-Tests wurden in im Labor mit 51 TeilnehmerInnen durchgeführt. Insbesondere in Erfolgssituationen konnten Einflüsse von Attributionsmustern auf die Systembewertung in Usability-Tests festgestellt werden.

25.01.2016 28. CoSA-Seminar

Swen Leugner: Entwurf und Modellierung eines zeitbasierten Lokalisierungssystems

Die Industrie 4.0 erfordert Sensorsysteme die Objekte miteinander vernetzen und in Echtzeit lokalisieren. Typische Vertreter dieser Ortungssysteme wie das Global Positioning System (GPS) funktionieren innerhalb von Gebäuden nur eingeschränkt und andere Systeme wie RFID erreichen nicht die gewünschte Genauigkeit. Insbesondere das Lokalisieren von Objekten in Echtzeit mit einer Genauigkeit unterhalb von einem Meter stellt eine Herausforderung dar. Signallaufzeitmessungen erreichen die gewünschte Genauigkeit und können diese Anforderungslücke schließen, erfordern allerdings hochgenaue Zähler. 

Im Rahmen dieser Masterarbeit wurde neue Hardware auf Basis des Standards IEEE 802.15.4 mit einem hochgenauen Taktgeber erstellt, welche zur Lokalisation verwendet wird. Dieser Vortrag stellt ein Verfahren zur Lokalisation auf Basis von Zeitdifferenzmessungen vor und erläutert die benötigten Komponenten wie zum Beispiel die Synchronisierung. Die Evaluation erfolgte über Messaufbauten welche die Funktion des Systems belegen und abschließend in eine Ground-Truth-Messung des Systems mündeten. 


Sophie Jent: Vorstellung des EngAGE-Online-Coaches

Die moderne Arbeitswelt ist zunehmend durch Flexibilität und Autonomie gekennzeichnet. Diese Faktoren stellen neue Herausforderungen (z. B. hohe soziale Kompetenzen, eine gute Selbstorganisation und –führung) an die Beschäftigten. Im Rahmen des EngAGE-Projektes wird ein Online-Coach für Selbstständige und Beschäftigte mit individualisierten Arbeitstätigkeiten konzipiert und entwickelt. Mithilfe des Online-Coaches sollen die Benutzer/innen für ihre Belastungen im Arbeitsalltag sensibilisiert werden. Außerdem sollen Ressourcen aktiviert und Kompetenzen zur Arbeitsgestaltung und Erholung erlernt werden.

Im CoSA-Seminar wird der bisherige Stand des Projektes vorgestellt und der aktuelle Online-Coach in einer Live-Demo präsentiert.

26.10.2015 27. CoSA-Seminar

Peter Lucht: Navigationssoftware auf Basis von QR-Codes

Positionsbestimmung und Navigation mit dem Smartphone sind eine große Hilfe im Alltag. Standortbezogene Dienste nutzen zur Ortsbestimmung häufig das Mobilfunknetz oder GPS. Innerhalb von Gebäuden sind diese Techniken aufgrund von starker Dämpfung und Reflektion nicht zuverlässig nutzbar oder ungenau. Um einer Anwendung innerhalb eines Gebäudes kontextbezogene Informationen bereitzustellen, werden QR-Codes als künstliche Landmarken genutzt und untereinander in einem Wegnetz verbunden. Zunächst werden die Grundlagen der Wegfindung und Positionsbestimmung beschrieben. Anschließend wird der Prototyp einer Android-Anwendung vorgestellt, die durch das Scannen solcher Codes die Lokalisation und Navigation ermöglicht. Abschließend wird ein Ausblick für zukünftige Anwendungen gegeben

16.07.2016 26. CoSA-Seminar

Christian Bollmeyer: Anwendungsgebiete und Merkmale des CoSA Sensorknotens zur Indoor Lokalisation

Herkömmliche Lokalisationstechniken können innerhalb von Gebäuden nicht zuverlässig genutzt werden. Neue Technologien, wie Ultra-Wide-Band, ermöglichen eine Lokalisation von Objekten auch innerhalb von Gebäuden und erschließen so neue Anwendungsfelder z.B. in der Industrie 4.0 und der Medizintechnik. Nach einer kurzen Einführung, wird der neu entwickelte Sensorknoten zur Indoor Lokalisation inklusive erster Messergebnisse vorgestellt. Abschließend werden mögliche Anwendungsgebiete der Hardware und aktuelle Herausforderungen diskutiert.

Grigori Goronzy: Multitasking auf Mikrocontrollern mit FreeRTOS

Wenn die Komplexität von Software in eingebetteten Systemen steigt, wird es zunehmend schwieriger, mit herkömmlicher prozeduraler Programmierung direkt auf der Hardware ausreichende Wartbarkeit, Erweiterbarkeit und Fehlerarmut zu erreichen. Nebenläufige oder zeitgesteuerte Prozesse sind in der Modellierung problematisch und werden konventionell häufig als informal notierter Zustandsautomat modelliert, was aufwändig, unübersichtlich und fehleranfällig ist. Die Nutzung eines geeigneten Betriebssystems bietet sich an, um diese Modellierung zu vereinfachen. In diesem Vortrag soll anhand des Beispiels von FreeRTOS gezeigt werden, wie sich ein Realtime Operating System (RTOS) für Mikrocontroller praktisch einsetzen lässt und und welche Vorteile sich durch die Nutzung eines RTOS ergeben. Die Modellierung von zeitgesteuerten und zustandsbasierten Prozessen und die Kommunikation zwischen Prozessen wird anhand von Beispielen illustriert.

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 des EngAGE-Coaches

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/ 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.