@phdthesis{Knobloch2018, author = {Knobloch, Florian}, title = {Energieeffiziente Beleuchtung unter Ber{\"u}cksichtigung einer verteilten Steuerung und eines redundanten Kommunikationssystems}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-45480}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2018}, abstract = {Das Thema siedelt sich im Bereich Smart-City an. Die Einsparung von Energie ist in der {\"o}ffentlichen Straßenbeleuchtung von Interesse. Die Intention ist eine Automatisierung der Beleuchtungsanlage unter Nutzung einer drahtlosen Kommunikation. Ziel ist die Untersuchung des Einsparpotentials, der ben{\"o}tigten Datenraten und der Robustheit. Die physiologischen Bed{\"u}rfnisse des Verkehrsteilnehmers zur Einhaltung der Verkehrssicherheit werden konsequent ber{\"u}cksichtigt. Die Umr{\"u}stung auf eine automatisierte Beleuchtung lohnt sich besonders in l{\"a}ndlichen Regionen oder Anliegerstraßen, wobei in Tempo-30-Zonen eine optimale Energieeffizienz existiert. Aufgrund eines beleuchteten Anhalteweges existieren maximale Einsparungen. Das Optimum wird durch eine Extremwertanalyse bewiesen und ausf{\"u}hrlich untersucht. Die Einsparung h{\"a}ngt haupts{\"a}chlich von der Verkehrsst{\"a}rke, der Verkehrsgeschwindigkeit und der Dimmstufe ab. Die lineare Abh{\"a}ngigkeit von der Dimmstufe wird bei einer geringen Verkehrsst{\"a}rke durch eine Grenzwertanalyse gezeigt. 70 \% Energie l{\"a}sst sich im Gegensatz zu einer Dauerbeleuchtung mit typischen Parametern sparen. Im Gegensatz zu anderen L{\"o}sungskonzepten erreicht das entwickelte Moving-Light-System Mehreinsparungen von bis zu 23 \%. Lichtplaner und Kommunen k{\"o}nnen {\"o}rtliche Sparpotentiale mit dem neuen Modell berechnen, um zu pr{\"u}fen ob sich eine Umr{\"u}stung {\"u}berhaupt lohnen w{\"u}rde. Die ben{\"o}tigte Steuerung wird abstrakt beschrieben und mit Simulink verifiziert. Zur Verbesserung der Robustheit werden das schon vorhandene Licht und die ggf. schon vorhandenen Detektoren als redundantes {\"U}bertragungsmedium untersucht. Die Nutzung des sichtbaren Lichtes lohnt sich, wenn gleichzeitig solare Energiegewinne gew{\"u}nscht sind, weil der notwendige Aperturdurchmesser des Detektors im Bereich mehrerer 10 cm liegt. Neben der optischen Kommunikation wird die Helligkeit benachbarter Leuchten automatisch mitgemessen. Dies erm{\"o}glicht die Detektion von Fehlerzust{\"a}nden f{\"u}r eine verbesserte Wartung oder f{\"u}r die Aktivierung m{\"o}glicher redundanter Fail-Safe-Funktionen. Eine hop-weise Lokalisierung wird in dem Multihopsystem ausgenutzt, damit die Steuerung ohne Kartenmaterial und Kompasssensor auskommt. Weitere Arbeit besteht bei der Quantifizierung der Eingangsparameter vom Menschen um den Lichtbedarf zu decken. Aufgrund der anwendungsorientierten Problemstellung liegt ein Querschnittsthema aus der Verkehrswissenschaft, Automatisierungstechnik, Kommunikationstechnik und Optik vor. Es wird eine Forschungshypothese vorangestellt. Sie dient als Leitfaden und stellt die wesentlichen Erkenntnisse vorweg.}, subject = {Energieeffiziente Beleuchtung; Nutzerzentriertes Design; Echtzeit; Kabellose Kommunikation; Intelligente Straßenbeleuchtung; Energy efficient systems; User-centred design; Location-aware applications; Real-time wireless communication; Intelligent street lighting; Straßenbeleuchtung; Energieeffizienz; Smart City; Kommunikationssystem}, language = {de} } @phdthesis{Hund2012, author = {Hund, Johannes}, title = {Entwurf eines robusten drahtlosen Kommunikationssystems f{\"u}r die industrielle Automatisierung unter harten Echtzeitbedingungen auf Basis von Ultrawideband-Impulsfunk}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus-25219}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2012}, abstract = {Ziel dieser Dissertation war es, die Eignung von Ultra-Breitband-Pulsfunk (IR-UWB) f{\"u}r die drahtlose Kommunikation in der Sensor/Aktor-Ebene der Fertigungsautomatisierung zu untersuchen. Dazu wurde ein drahtloses Kommunikationssystem auf Basis standardisierter Protokolle entworfen und untersucht. Diese Anwendung erfordert die Erf{\"u}llung harter Echtzeitf{\"a}higkeit im Bereich weniger Millisekunden in industriellen Umgebungen. Ein solches Umfeld stellt aufgrund eines hohen Rauschpegels und vieler metallischer Oberfl{\"a}chen, die Multipfad-Effekte verursachen, sehr hohe Anspr{\"u}che an das Latenzverhalten und die Robustheit. Deshalb waren die Hauptziele die Reduzierung von Latenz und gleichzeitige Erh{\"o}hung der Robustheit f{\"u}r den existierenden, auf IR-UWB basierenden Standard IEEE 802.15.4a. Dieser Standard ist unter anderem deshalb vielversprechend, da er sich mit sehr preisg{\"u}nstigen, nicht-koh{\"a}renten Empf{\"a}ngern von geringer Komplexit{\"a}t umsetzen l{\"a}sst, die trotzdem relativ robust gegen{\"u}ber Multipfad-Effekten sind. Es wurde gezeigt, dass sich auch mit diesen g{\"u}nstigen Ger{\"a}ten durch Optimierung des Standards eine hohe {\"u}bertragungssicherheit bei geringer Latenz realisieren l{\"a}sst. Es wurden Modifikationen zur Optimierung der Robustheit und Latenz des bisher {\"u}blichen Designs von nicht-koh{\"a}renten IR-UWB-Empf{\"a}ngern vorgestellt. Durch Erg{\"a}nzungen zu der im Standard beschriebenen Modulation und Kodierung konnte die Verl{\"a}sslichkeit zus{\"a}tzlich gesteigert werden. Um diese optimierte PHY-Schicht effizient einsetzen zu k{\"o}nnen, wurde eine spezialisierte MAC-Schicht f{\"u}r die Automatisierung, die in einem Entwurf f{\"u}r den kommenden Standard IEEE 802.15.4e beschrieben wird, eingesetzt. Da bei dieser MAC-Schicht die Kommunikationsmuster im Voraus bekannt sind, war weitere schicht{\"u}bergreifende, applikations-spezifische Optimierung m{\"o}glich, die eine weitere Reduzierung der Latenz sowie eine Erh{\"o}hung der Robustheit erbrachte. Im Zuge der Arbeit wurde ein flexibel konfigurierbarer Simulator f{\"u}r IR-UWB auf Basis von industriell akzeptierten Kanalmodellen erstellt. Dieser Simulator wurde auch zur Evaluation und Verifikation der Forschungsergebnisse benutzt. Das entworfene Gesamtsystem ist {\"u}ber mehrere Parameter konfigurierbar und dadurch an weitere Anwendungen in der Automatisierung anpassbar. Eine dieser Konfigurationen wurde durch Simulation evaluiert. Sie zeigt mindestens die gleiche und zum Teil bessere Performance als bisherige drahtlose oder drahtgebundene L{\"o}sungen f{\"u}r die Sensor/Aktor-Ebene der Fertigungsautomatisierung, wie z.B. AS-Interface, Bluetooth I/O oder WISA. F{\"u}r den repr{\"a}sentativen Fall von 32 Teilnehmern mit jeweils einem Byte Prozessdaten erreicht sie eine Zykluszeit von 1,88 ms. Damit kann eine eine mittlere Reaktionszeit von 985 µs erreicht werden und eine harte Echtzeitschranke von 15 ms mit einer Fehlerwahrscheinlichkeit unter 10^-9 eingehalten werden. Das Kommunikationssystem wurde auch in Hardware auf FPGA-Basis implementiert. Da das benutzte analoge Front-End, ein fr{\"u}her Prototyp eines IEEE 802.15.4a-kompatiblen Front-Ends, noch keine repr{\"a}sentativen Messungen zuließ, wurde die Funktion durch eine Basisbandverbindung {\"u}ber Kabel verifiziert.}, subject = {Drahtloses lokales Netz; Ultraweitband; Breitband{\"u}bertragung; Echtzeitverarbeitung; UWB; Automatisierung; Echtzeit; Impulsfunk; IEEE 802.15.4a; UWB; Automation; Real-time; Impulse radio; IEEE 802.15.4a}, language = {de} }