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Zug, Sebastian Architektur für verteilte, fehlertolerante Sensor-Aktor-Systeme (Promotionsarbeit) Otto-von-Guericke Universität Magdeburg, 2012. (Abstract | Links | BibTeX | Schlagwörter: Distributed Systems, Fault-Tolerance, Framework, Programming Abstraction, Programming Abstractions, Sensor Systems, Sensor-Aktor-Systems, Smart Sensors) @phdthesis{DissZug,
title = {Architektur für verteilte, fehlertolerante Sensor-Aktor-Systeme}, author = {Sebastian Zug}, url = {http://edoc2.bibliothek.uni-halle.de/hs/content/titleinfo/20249}, year = {2012}, date = {2012-02-28}, institution = {Arbeitsgruppe "Eingebettete Systeme und Betriebssysteme" am Institut für "Verteilte Systeme"}, school = {Otto-von-Guericke Universität Magdeburg}, abstract = {Sensor-Aktor-Systeme bestehen in heutigen Anwendungen zumeist aus einer fest gefügten Hardwarestruktur: Die zur Designzeit definierte Anzahl von Sensoren liefert eine Abbildung der Umgebung, die von einem (Mikro-)Controller analysiert wird, um ausgehend vom Resultat dieser Verarbeitung einen oder mehrere Aktoren anzusteuern. In Anbetracht der wachsenden Zahl von eingebetteten Informationsquellen und Sensornetzen (Bewegungsmelder, Überwachungskameras, automatische Türen, andere mobile Systeme usw.) sollte die Wahrnehmung auf deren Messdaten ausgeweitet werden. Ausgehend davon untersucht diese Arbeit die Voraussetzungen einer adaptiven Konfiguration, die einen flexiblen Datenaustausch sicherstellt. Mit der Ausnutzung aller relevanten Informationen lassen sich für die Präzision und Sicherheit erhebliche Gewinne erzielen. Für einen solchen nahtlosen Datenaustausch ergibt sich eine Reihe von Anforderungen. Zunächst bedarf es einer abstrakten Beschreibung der Sensoren und ihrer Messungen, die alle für die Verarbeitung entscheidenden Informationen bereitstellt. Dies können Angaben über die Sensorkeule, die physikalische Einheit, die Position des Sensors usw. sein. Bestehende Ansätze zur (Selbst-)Beschreibung decken den Umfang der für die adaptive Verarbeitung notwendigen Informationen nicht ab, sodass eine Erweiterung dieser Konzepte nötig ist. Weiterhin wird ein Bewertungsschema für die Validierung der Messdaten vorgeschlagen, da die Güte der Ausgaben eines Sensors ausgehend vom Wirkprinzip, den Fehlerquellen und den nachgeordneten Detektionsmechanismen stark schwanken kann. Es kombiniert eine statische Validitätsaussage über den einzelnen Sensorknoten mit einer dynamischen Bewertung des einzelnen Datensatzes, wobei diese Aussage das Ergebnis der Fehlerdetektion widerspiegelt. Mit diesem mehrschichtigen Ansatz lassen sich unterschiedlichste Messwerte während der Verarbeitung objektiv beurteilen. Nicht alle verfügbaren Informationen sind im Sinne einer Aufgabenstellung relevant, das heißt, sie sind möglicherweise zu alt, unpräzise, invalide oder betreffen einen Überwachungsbereich außerhalb des Fokus der Aufgabe. Entsprechend wurde eine Selektionsstrategie konzipiert, die der eigentlichen Verarbeitung vorangestellt ist und die Datenerfassung koordiniert. Im Weiteren diskutiert die Arbeit Fragen der adaptiven Fusion, die von einer veränderlichen Zahl von relevanten Sensoren und Datensätzen ausgeht. Die genannten Konzepte werden in einer generischen Architektur integriert, die deren Integration bei der die Programmierung von Sensor-Aktor-Netzen sicherstellt. In drei Testszenarien werden sowohl die Ansätze dieser Arbeit als auch die für verschiedene domänenspezifische Sprachen entwickelten Frameworks evaluiert.}, Sensor-Aktor-Systeme bestehen in heutigen Anwendungen zumeist aus einer fest gefügten Hardwarestruktur: Die zur Designzeit definierte Anzahl von Sensoren liefert eine Abbildung der Umgebung, die von einem (Mikro-)Controller analysiert wird, um ausgehend vom Resultat dieser Verarbeitung einen oder mehrere Aktoren anzusteuern. In Anbetracht der wachsenden Zahl von eingebetteten Informationsquellen und Sensornetzen (Bewegungsmelder, Überwachungskameras, automatische Türen, andere mobile Systeme usw.) sollte die Wahrnehmung auf deren Messdaten ausgeweitet werden. Ausgehend davon untersucht diese Arbeit die Voraussetzungen einer adaptiven Konfiguration, die einen flexiblen Datenaustausch sicherstellt. Mit der Ausnutzung aller relevanten Informationen lassen sich für die Präzision und Sicherheit erhebliche Gewinne erzielen.
Für einen solchen nahtlosen Datenaustausch ergibt sich eine Reihe von Anforderungen. Zunächst bedarf es einer abstrakten Beschreibung der Sensoren und ihrer Messungen, die alle für die Verarbeitung entscheidenden Informationen bereitstellt. Dies können Angaben über die Sensorkeule, die physikalische Einheit, die Position des Sensors usw. sein. Bestehende Ansätze zur (Selbst-)Beschreibung decken den Umfang der für die adaptive Verarbeitung notwendigen Informationen nicht ab, sodass eine Erweiterung dieser Konzepte nötig ist. Weiterhin wird ein Bewertungsschema für die Validierung der Messdaten vorgeschlagen, da die Güte der Ausgaben eines Sensors ausgehend vom Wirkprinzip, den Fehlerquellen und den nachgeordneten Detektionsmechanismen stark schwanken kann. Es kombiniert eine statische Validitätsaussage über den einzelnen Sensorknoten mit einer dynamischen Bewertung des einzelnen Datensatzes, wobei diese Aussage das Ergebnis der Fehlerdetektion widerspiegelt. Mit diesem mehrschichtigen Ansatz lassen sich unterschiedlichste Messwerte während der Verarbeitung objektiv beurteilen. Nicht alle verfügbaren Informationen sind im Sinne einer Aufgabenstellung relevant, das heißt, sie sind möglicherweise zu alt, unpräzise, invalide oder betreffen einen Überwachungsbereich außerhalb des Fokus der Aufgabe. Entsprechend wurde eine Selektionsstrategie konzipiert, die der eigentlichen Verarbeitung vorangestellt ist und die Datenerfassung koordiniert. Im Weiteren diskutiert die Arbeit Fragen der adaptiven Fusion, die von einer veränderlichen Zahl von relevanten Sensoren und Datensätzen ausgeht. Die genannten Konzepte werden in einer generischen Architektur integriert, die deren Integration bei der die Programmierung von Sensor-Aktor-Netzen sicherstellt. In drei Testszenarien werden sowohl die Ansätze dieser Arbeit als auch die für verschiedene domänenspezifische Sprachen entwickelten Frameworks evaluiert. |
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Zug, Sebastian; Dietrich, André Examination of Fusion Result Feedback for Fault-Tolerant and Distributed Sensor Systems (Konferenzbeitrag) IEEE International Workshop on Robotic and Sensors Environments (ROSE 2010), Phoenix, AZ, USA, 2010. (Abstract | BibTeX | Schlagwörter: Distributed Applicaton, Programming Abstraction, Smart Sensing) @inproceedings{EOS-2010.000-ZD,
title = {Examination of Fusion Result Feedback for Fault-Tolerant and Distributed Sensor Systems}, author = {Sebastian Zug and André Dietrich}, year = {2010}, date = {2010-01-01}, booktitle = {IEEE International Workshop on Robotic and Sensors Environments (ROSE 2010)}, address = {Phoenix, AZ, USA}, abstract = {Future distributed applications will combine mobile and stationary sensor actuator entities as part of smart environments. Hence, a various number of intelligent sensor systems and sensor types will be available for mobile robots. We designed a programming abstraction – the Smart Abstract Entity – to deal with the diversity of data formats, measurement units, individual uncertainties, etc., in such applications. One focus of this approach was fault-tolerance in a hybrid manner. We combined centralized and decentralized mechanisms in our core concept. In this paper we discuss one aspect of the fault-tolerance concept – the feedback transmission of available fusion results to the sensor nodes, for a verification of its current state. We use a mobile robot scenario to examine the impact of this feedback approach for the position estimation and discuss parameters as well as methods for refinement.}, keywords = {Distributed Applicaton, Programming Abstraction, Smart Sensing} } Future distributed applications will combine mobile and stationary sensor actuator entities as part of smart environments. Hence, a various number of intelligent sensor systems and sensor types will be available for mobile robots. We designed a programming abstraction – the Smart Abstract Entity – to deal with the diversity of data formats, measurement units, individual uncertainties, etc., in such applications. One focus of this approach was fault-tolerance in a hybrid manner. We combined centralized and decentralized mechanisms in our core concept. In this paper we discuss one aspect of the fault-tolerance concept – the feedback transmission of available fusion results to the sensor nodes, for a verification of its current state. We use a mobile robot scenario to examine the impact of this feedback approach for the position estimation and discuss parameters as well as methods for refinement.
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