2013 |
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Tino Brade Jörg Kaiser, Sebastian Zug Expressing validity estimates in smart sensor applications (Conference) ARCS 2013 – 26th International Conference on Architecture of Computing Systems 2013, VDE VERLAG GmbH, 2013. (Abstract | BibTeX | Tags: Reliability, Sensor Systems, Smart Sensors, Validity) @conference{brade2013expressing,
title = {Expressing validity estimates in smart sensor applications}, author = {Tino Brade, Jörg Kaiser, Sebastian Zug}, year = {2013}, date = {2013-01-01}, booktitle = {ARCS 2013 – 26th International Conference on Architecture of Computing Systems 2013}, journal = {ARCS 2013}, publisher = {VDE VERLAG GmbH}, abstract = {Distributed control applications need reliable data from remote sensors. This paper presents a method for describing the validity of continuously valued sensor data that represents the confidence an application can put in remote information. Validity is dependent on the completeness of the sensor failure model and the quality of the respective checking mechanisms. Finally, the results of the various individual tests have to be combined into a single validity value. The paper describes how to derive an expressive notion of validity and gives an example how to exploit it in a Kalman filter for sensor fusion.}, keywords = {Reliability, Sensor Systems, Smart Sensors, Validity} } Distributed control applications need reliable data from remote sensors. This paper presents a method for describing the validity of continuously valued sensor data that represents the confidence an application can put in remote information. Validity is dependent on the completeness of the sensor failure model and the quality of the respective checking mechanisms. Finally, the results of the various individual tests have to be combined into a single validity value. The paper describes how to derive an expressive notion of validity and gives an example how to exploit it in a Kalman filter for sensor fusion.
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2012 |
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Dietrich, André; Zug, Sebastian; Kaiser, Jörg Towards Artificial Perception (Inproceeding) Berlin, Springer-Verlag (Ed.): Proceddings of the SAFECOMP 2012, Third International Workshop on Digital Engineering (IWDE), pp. 466-476, 2012. (Links | BibTeX | Tags: Environement Representation, Robotic, Sensor-Aktor-Systems, Smart Sensors) @inproceedings{IWDE2012,
title = {Towards Artificial Perception}, author = {André Dietrich and Sebastian Zug and Jörg Kaiser}, editor = {Springer-Verlag Berlin}, url = {http://link.springer.com/chapter/10.1007%2F978-3-642-33675-1_44}, year = {2012}, date = {2012-09-26}, booktitle = {Proceddings of the SAFECOMP 2012, Third International Workshop on Digital Engineering (IWDE)}, pages = {466-476}, keywords = {Environement Representation, Robotic, Sensor-Aktor-Systems, Smart Sensors} } |
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Zug, Sebastian Architektur für verteilte, fehlertolerante Sensor-Aktor-Systeme (PhD Thesis) Otto-von-Guericke Universität Magdeburg, 2012. (Abstract | Links | BibTeX | Tags: 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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Brade, Tino; Zug, Sebastian; Kaiser, J"org SardaS – Simulink Framework für die Entwicklung von intelligenten Sensoren (Inproceeding) 13. Forschungskolloquium am Fraunhofer IFF, Fraunhofer Institut für Fabrikbetrieb und Automatisierung (IFF), 2012. (BibTeX | Tags: Middleware, Programming Abstractions, Sensor Systems, Simulink, Smart Sensors) @inproceedings{IFF2012,
title = {SardaS – Simulink Framework für die Entwicklung von intelligenten Sensoren}, author = {Tino Brade and Sebastian Zug and J”org Kaiser}, year = {2012}, date = {2012-01-01}, booktitle = {13. Forschungskolloquium am Fraunhofer IFF}, publisher = {Fraunhofer Institut für Fabrikbetrieb und Automatisierung (IFF)}, keywords = {Middleware, Programming Abstractions, Sensor Systems, Simulink, Smart Sensors} } |
2010 |
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Zug, Sebastian; Schulze, Michael; Dietrich, André; Kaiser, Jörg Programming abstractions and middleware for building control systems as networks of smart sensors and actuators (Inproceeding) Proceedings of Emerging Technologies in Factory Automation (ETFA ’10), Bilbao, Spain, 2010, ISSN: 978-1-4244-6849. (Abstract | BibTeX | Tags: Control System, Middleware, Programming Abstractions, Smart Sensors) @inproceedings{EOS-2010.001-ZSDK,
title = {Programming abstractions and middleware for building control systems as networks of smart sensors and actuators}, author = {Sebastian Zug and Michael Schulze and André Dietrich and Jörg Kaiser}, issn = {978-1-4244-6849}, year = {2010}, date = {2010-09-13}, booktitle = {Proceedings of Emerging Technologies in Factory Automation (ETFA ’10)}, address = {Bilbao, Spain}, abstract = {Developing complex sensor/actuator systems, like robot applications, is challenged by a multitude of different hardware platforms, networks, programming languages, data formats, etc. In this paper, we present our architecture that copes with this heterogeneity and allows for a flexible composition of smart sensors and actuators. The main focus lies on a two layered approach combining the communication middleware FAMOUSO and the programming abstraction MOSAIC. FAMOUSO enables the information exchange between networked systems, hides the high degree of heterogeneity on hardware and network level, and is usable from different programming environments. MOSAIC uses FAMOUSO and provides a generic access to the exchanged information. Furthermore, it offers a way to abstract from different sensor and actuator hardware and provides a framework for application development with predefined components, enabling comprehensive fault detection. The paper concludes with a case study that shows how the middleware and programming abstractions are used to build a distributed modular system for a robot manipulator.}, keywords = {Control System, Middleware, Programming Abstractions, Smart Sensors} } Developing complex sensor/actuator systems, like robot applications, is challenged by a multitude of different hardware platforms, networks, programming languages, data formats, etc. In this paper, we present our architecture that copes with this heterogeneity and allows for a flexible composition of smart sensors and actuators. The main focus lies on a two layered approach combining the communication middleware FAMOUSO and the programming abstraction MOSAIC. FAMOUSO enables the information exchange between networked systems, hides the high degree of heterogeneity on hardware and network level, and is usable from different programming environments. MOSAIC uses FAMOUSO and provides a generic access to the exchanged information. Furthermore, it offers a way to abstract from different sensor and actuator hardware and provides a framework for application development with predefined components, enabling comprehensive fault detection. The paper concludes with a case study that shows how the middleware and programming abstractions are used to build a distributed modular system for a robot manipulator.
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Dietrich, André; Zug, Sebastian; Kaiser, Jörg Detecting External Measurement Disturbances Based on Statistical Analysis for Smart Sensors (Inproceeding) Procedings of the IEEE International Symposium on Industrial Electronics (ISIE), pp. 2067-2072, Bari, Italy, 2010. (Abstract | Links | BibTeX | Tags: Fault-Tolerance, Sensors, Smart Sensors) @inproceedings{dietrich2010statistics,
title = {Detecting External Measurement Disturbances Based on Statistical Analysis for Smart Sensors}, author = {André Dietrich and Sebastian Zug and Jörg Kaiser}, url = {http://eos.cs.ovgu.de/wp-content/uploads/2014/09/Detecting-External-Measurement-Disturbances-Based-on-Statistical-Analysis-for-Smart-Sensors.pdf}, year = {2010}, date = {2010-07-01}, booktitle = {Procedings of the IEEE International Symposium on Industrial Electronics (ISIE)}, pages = {2067-2072}, address = {Bari, Italy}, abstract = {The transducer process of a sensor is interference prone to environmental conditions or external disturbances depending on sensor type, measurement procedure etc. Dependable sensors are characterized by a broad independence of those factors or/and they can both detect situations that make a correct measurement impossible and validate the measurement result. In this paper we describe a statistical approach for the detection of faulty measurements caused by external disturbances. Our fault detection algorithm is based on a comparison of faultless reference measurements with current sensing values. Using this enhancement, a sensor becomes a real smart sensing device and supplies an additional validity estimation of each measurement. The approach was implemented and validated in a demonstration setup that integrates an infrared sensor array disturbed by a strong extraneous light.}, keywords = {Fault-Tolerance, Sensors, Smart Sensors} } The transducer process of a sensor is interference prone to environmental conditions or external disturbances depending on sensor type, measurement procedure etc. Dependable sensors are characterized by a broad independence of those factors or/and they can both detect situations that make a correct measurement impossible and validate the measurement result. In this paper we describe a statistical approach for the detection of faulty measurements caused by external disturbances. Our fault detection algorithm is based on a comparison of faultless reference measurements with current sensing values. Using this enhancement, a sensor becomes a real smart sensing device and supplies an additional validity estimation of each measurement. The approach was implemented and validated in a demonstration setup that integrates an infrared sensor array disturbed by a strong extraneous light.
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