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The number of use cases for autonomous vehicles is increasing day by day especially in commercial applications. One important application of autonomous vehicles can be found within the parcel delivery section. Here, autonomous cars can massively help to reduce delivery efforts and time by supporting the courier actively. One important component of course is the autonomous vehicle itself. Nevertheless, beside the autonomous vehicle, a flexible and secure communication architecture also is a crucial key component impacting the overall performance of such system since it is required to allow continuous interactions between the vehicle and the other components of the system. The communication system must provide a reliable and secure architecture that is still flexible enough to remain practical and to address several use cases. In this paper, a robust communication architecture for such autonomous fleet-based systems is proposed. The architecture provides a reliable communication between different system entities while keeping those communications secure. The architecture uses different technologies such as Bluetooth Low Energy (BLE), cellular networks and Low Power Wide Area Network (LPWAN) to achieve its goals.
Modeling of Random Variations in a Switched Capacitor Circuit based Physically Unclonable Function
(2020)
The Internet of Things (IoT) is expanding to a wide range of fields such as home automation, agriculture, environmental monitoring, industrial applications, and many more. Securing tens of billions of interconnected devices in the near future will be one of the biggest challenges. IoT devices are often constrained in terms of computational performance, area, and power, which demand lightweight security solutions. In this context, hardware-intrinsic security, particularly physically unclonable functions (PUFs), can provide lightweight identification and authentication for such devices. In this paper, random capacitor variations in a switched capacitor PUF circuit are used as a source of entropy to generate unique security keys. Furthermore, a mathematical model based on the ordinary least square method is developed to describe the relationship between random variations in capacitors and the resulting output voltages. The model is used to filter out systematic variations in circuit components to improve the quality of the extracted secrets.
The evolution of cellular networks from its first generation (1G) to its fourth generation (4G) was driven by the demand of user-centric downlink capacity also technically called Mobile Broad-Band (MBB). With its fifth generation (5G), Machine Type Communication (MTC) has been added into the target use cases and the upcoming generation of cellular networks is expected to support them. However, such support requires improvements in the existing technologies in terms of latency, reliability, energy efficiency, data rate, scalability, and capacity.
Originally, MTC was designed for low-bandwidth high-latency applications such as, environmental sensing, smart dustbin, etc. Nowadays there is an additional demand around applications with low-latency requirements. Among other well-known challenges for recent cellular networks such as data rate energy efficiency, reliability etc., latency is also not suitable for mission-critical applications such as real-time control of machines, autonomous driving, tactile Internet etc. Therefore, in the currently deployed cellular networks, there is a necessity to reduce the latency and increase the reliability offered by the networks to support use cases such as, cooperative autonomous driving or factory automation, that are grouped under the denomination Ultra-Reliable Low-Latency Communication (URLLC).
This thesis is primarily concerned with the latency into the Universal Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) of cellular networks. The overall work is divided into five parts. The first part presents the state of the art for cellular networks. The second part contains a detailed overview of URLLC use cases and the requirements that must be fulfilled by the cellular networks to support them. The work in this thesis is done as part of a collaboration project between IRIMAS lab in Université de Haute-Alsace, France and Institute for Reliable Embedded Systems and Communication Electronics (ivESK) in Offenburg University of Applied Sciences, Germany. The selected use cases of URLLC are part of the research interests of both partner institutes. The third part presents a detailed study and evaluation of user- and control-plane latency mechanisms in current generation of cellular networks. The evaluation and analysis of these latencies, performed with the open-source ns-3 simulator, were conducted by exploring a broad range of parameters that include among others, traffic models, channel access parameters, realistic propagation models, and a broad set of cellular network protocol stack parameters. These simulations were performed with low-power, low-cost, and wide-range devices, commonly called IoT devices, and standardized for cellular networks. These devices use either LTE-M or Narrowband-IoT (NB-IoT) technologies that are designed for connected things. They differ mainly by the provided bandwidth and other additional characteristics such as coding scheme, device complexity, and so on.
The fourth part of this thesis shows a study, an implementation, and an evaluation of latency reduction techniques that target the different layers of the currently used Long Term Evolution (LTE) network protocol stack. These techniques based on Transmission Time Interval (TTI) reduction and Semi-Persistent Scheduling (SPS) methods are implemented into the ns-3 simulator and are evaluated through realistic simulations performed for a variety of low-latency use cases focused on industry automation and vehicular networking. For testing the proposed latency reduction techniques in cellular networks, since ns-3 does not support NB-IoT in its current release, an NB-IoT extension for LTE module was developed. This makes it possible to explore deployment limitations and issues.
In the last part of this thesis, a flexible deployment framework called Hybrid Scheduling and Flexible TTI for the proposed latency reduction techniques is presented, implemented and evaluated through realistic simulations. With help of the simulation evaluation, it is shown that the improved LTE network proposed and implemented in the simulator can support low-latency applications with low cost, higher range, and narrow bandwidth devices. The work in this thesis points out the potential improvement techniques, their deployment issues and paves the way towards the support for URLLC applications with upcoming cellular networks.
In dieser Bachelorthesis wurde ein Funktionsmuster eines energieautarken elektronischen Türschildes mit einem 7,8” großen E-Paper-Display und NFC-Konfigurationsschnittstelle entwickelt, auf dem per Smartphone-App und NFC einfach Informationen wie Abwesendheitsnachrichten angezeigt werden können. Hierzu wird ein Kommunikationsprotokoll entwickelt, welches die Kommunikation zwischen App und Türschild spezifiziert, und einen Befehlssatz zur Konfiguration des Türschildes bereitstellt. Das System wird aus amorphen Silizium-Solarzellen versorgt und verfügt über einen LiPo-Akku als Energiespeicher. Durch sorgfältiges Hardware- und Software-seitiges Low-Power-Design beträgt die Leistungsaufnahme im Ruhemodus lediglich 1, 5 μW. Bedingt durch den anwenderfreundlichen, jedoch für Low-Power-Designs ungeeigneten Display-Controller, beträgt der Energieverbrauch während eines Updates 300 mW. Trotzdem zeigt sich, dass das System bei einer Zellfläche von knapp 220 cm2 auch bei schlechter Beleuchtung von 10 lx in dunklen Gängen mehrere Türschild-Updates pro Tag bereitstellen kann.
Bei bimodaler Cochlea-Implantat-/Hörgerät-Versorgung kann es aufgrund seitenverschiedener Signalverarbeitung zu einer zeitlich versetzten Stimulation der beiden Modalitäten kommen. Jüngste Studien haben gezeigt, dass durch zeitlichen Abgleich der Modalitäten die Schalllokalisation bei bimodaler Versorgung verbessert werden kann. Um solch einen Abgleich vornehmen zu können, ist die messtechnische Bestimmung der Durchlaufzeit von Hörgeräten erforderlich. Kommerziell verfügbare Hörgerätemessboxen können diese Werte häufig liefern. Die dazu verwendete Signalverarbeitung wird dabei aber oft nicht vollständig offengelegt. In dieser Arbeit wird ein alternativer und nachvollziehbarer Ansatz zum Design eines simplen Messaufbaus basierend auf einem Arduino DUE Mikrocontroller-Board vorgestellt. Hierzu wurde ein Messtisch im 3D-Druck gefertigt, auf welchem Hörgeräte über einen 2-ccm-Kuppler an ein Messmikrofon angeschlossen werden können. Über einen Latenzvergleich mit dem simultan erfassten Signal eines Referenzmikrofons kann die Durchlaufzeit von Hörgeräten bestimmt werden. Frequenzspezifische Durchlaufzeiten werden mittels einer Kreuzkorrelation zwischen Ziel- und Referenzsignal errechnet. Aufnahme, Ausgabe und Speicherung der Signale erfolgt über einen ATMEL SAM3X8E Mikrocontroller, welcher auf dem Arduino DUE-Board verbaut ist. Über eigens entworfene elektronische Schaltungen werden die Mikrofone und der verwendete Lautsprecher angesteuert. Nach Abschluss einer Messung (Messdauer ca. 5 s) werden die Messdaten seriell an einen PC übertragen, auf dem die Datenauswertung mittels MATLAB erfolgt. Erste Validierungen zeigten eine hohe Stabilität der Messergebnisse mit sehr geringen Standardabweichungen im Bereich weniger Mikrosekunden für Pegel zwischen 50 und 75 dB (A). Der Messaufbau wird in laufenden Studien zur Quantifizierung der Durchlaufzeit von Hörgeräten verwendet.
Supporting the COVID-19 response in Asia and the Pacific—The role of the Asian Development Bank.
(2020)
The COVID-19 pandemic has affected all countries of the Asia Pacific region over the last few months with far reaching economic, health and social consequences. To counter the impact, governments have accelerated their health spending and announced large macroeconomic stabilization and stimulus policy packages. As with past disasters and crises in the region, the Asian Development Bank has reacted with a number of targeted support interventions since the very early stages of the outbreak. In mid- April 2020, the Bank then put forward a comprehensive COVID-19 Response Package totalling $20 billion to support its member countries which rests on four pillars.
The last few months have proven that multilateral development banks like the Asian Development Bank have the ability to respond quickly and to mobilize significant resources for a global emergency like COVID-19. Whilst this financial supported is urgently needed at this point, attention will need to be paid on how debt sustainability for low- and middle-income countries can be ensured in the coming years. Given the unprecedented scale of and uncertainty around the COVID-19 pandemic, it may offer a window of opportunity to redesign the way developmental finance is coordinated and the way it is delivered. This also includes a chance to “build back better” and to focus on a sustainable, resilient and green recovery.
Experimental Investigation of the Air Exchange Effectiveness of Push-Pull Ventilation Devices
(2020)
The increasing installation numbers of ventilation units in residential buildings are driven by legal objectives to improve their energy efficiency. The dimensioning of a ventilation system for nearly zero energy buildings is usually based on the air flow rate desired by the clients or requested by technical regulations. However, this does not necessarily lead to a system actually able to renew the air volume of the living space effectively. In recent years decentralised systems with an alternating operation mode and fairly good energy efficiencies entered the market and following question was raised: “Does this operation mode allow an efficient air renewal?” This question can be answered experimentally by performing a tracer gas analysis. In the presented study, a total of 15 preliminary tests are carried out in a climatic chamber representing a single room equipped with two push-pull devices. The tests include summer, winter and isothermal supply air conditions since this parameter variation is missing till now for push-pull devices. Further investigations are dedicated to the effect of thermal convection due to human heat dissipation on the room air flow. In dependence on these boundary conditions, the determined air exchange efficiency varies, lagging behind the expected range 0.5 < εa < 1 in almost all cases, indicating insufficient air exchange including short-circuiting. Local air exchange values suggest inhomogeneous air renewal depending on the distance to the indoor apertures as well as the temperature gradients between in- and outdoor. The tested measurement set-up is applicable for field measurements.
Many different methods, such as screen printing, gravure, flexography, inkjet etc., have been employed to print electronic devices. Depending on the type and performance of the devices, processing is done at low or high temperature using precursor- or particle-based inks. As a result of the processing details, devices can be fabricated on flexible or non-flexible substrates, depending on their temperature stability. Furthermore, in order to reduce the operating voltage, printed devices rely on high-capacitance electrolytes rather than on dielectrics. The printing resolution and speed are two of the major challenging parameters for printed electronics. High-resolution printing produces small-size printed devices and high-integration densities with minimum materials consumption. However, most printing methods have resolutions between 20 and 50 μm. Printing resolutions close to 1 μm have also been achieved with optimized process conditions and better printing technology.
The final physical dimensions of the devices pose severe limitations on their performance. For example, the channel lengths being of this dimension affect the operating frequency of the thin-film transistors (TFTs), which is inversely proportional to the square of channel length. Consequently, short channels are favorable not only for high-frequency applications but also for high-density integration. The need to reduce this dimension to substantially smaller sizes than those possible with today’s printers can be fulfilled either by developing alternative printing or stamping techniques, or alternative transistor geometries. The development of a polymer pen lithography technique allows scaling up parallel printing of a large number of devices in one step, including the successive printing of different materials. The introduction of an alternative transistor geometry, namely the vertical Field Effect Transistor (vFET), is based on the idea to use the film thickness as the channel length, instead of the lateral dimensions of the printed structure, thus reducing the channel length by orders of magnitude. The improvements in printing technologies and the possibilities offered by nanotechnological approaches can result in unprecedented opportunities for the Internet of Things (IoT) and many other applications. The vision of printing functional materials, and not only colors as in conventional paper printing, is attractive to many researchers and industries because of the added opportunities when using flexible substrates such as polymers and textiles. Additionally, the reduction of costs opens new markets. The range of processing techniques covers laterally-structured and large-area printing technologies, thermal, laser and UV-annealing, as well as bonding techniques, etc. Materials, such as conducting, semiconducting, dielectric and sensing materials, rigid and flexible substrates, protective coating, organic, inorganic and polymeric substances, energy conversion and energy storage materials constitute an enormous challenge in their integration into complex devices.
Background: This paper presents a novel approach for a hand prosthesis consisting of a flexible, anthropomorphic, 3D-printed replacement hand combined with a commercially available motorized orthosis that allows gripping.
Methods: A 3D light scanner was used to produce a personalized replacement hand. The wrist of the replacement hand was printed of rigid material; the rest of the hand was printed of flexible material. A standard arm liner was used to enable the user’s arm stump to be connected to the replacement hand. With computer-aided design, two different concepts were developed for the scanned hand model: In the first concept, the replacement hand was attached to the arm liner with a screw. The second concept involved attaching with a commercially available fastening system; furthermore, a skeleton was designed that was located within the flexible part of the replacement hand.
Results: 3D-multi-material printing of the two different hands was unproblematic and inexpensive. The printed hands had approximately the weight of the real hand. When testing the replacement hands with the orthosis it was possible to prove a convincing everyday functionality. For example, it was possible to grip and lift a 1-L water bottle. In addition, a pen could be held, making writing possible.
Conclusions: This first proof-of-concept study encourages further testing with users.
Die vorliegenden Arbeit befasst sich mit dem datengetriebenen Targeting im Social-Media Advertising. Sie gibt einen Einblick in die verschiedenen Möglichkeiten der datengetriebenen Zielgruppenansprache, welche die sozialen Netzwerke für werbetreibenden Unternehmen zur Verfügung stellen. Zu Beginn werden die Grundlagen des Datenmanagements dargestellt und anschließend die wesentlichen Targeting-Techniken sowie die technischen und juristischen Grenzen präsentiert. Dabei wird auf die Relevanz der Zielgruppenbestimmung eingegangen. Im Weiteren werden die Varianten des Social-Media-Targeting am Beispiel von Facebook ausgearbeitet. Am Ende wird ein Überblick über die Plattformen Facebook, Instagram, Twitter, LinkedIn, Pinterest und YouTube entwickelt.
Datengetriebenes Targeting
(2020)
Die Coronakrise hat weltweit das Wirtschafts- und Gesellschaftsleben in bisher ungekannter Weise verändert. Die ohnehin bereits komplexen Herausforderungen in Zeiten des Klimawandels sind damit noch gestiegen. Genossenschaftliche Innovationsökosysteme können Lösungsansätze für die gravierenden Veränderungen im unternehmerischen, kommunalen und gesellschaftlichen Umfeld schaffen.
Infolge des stetigen Wandels auf den Märkten und der heutigen Gesellschaft durch die Digitalisierung verändern sich auch die Maßnahmen im Bereich Marketing (Kaiser 2019). In den Unternehmen befinden sich Marketingaktivitäten stetig in der Umwandlung, um sich den sich verändernden Gegebenheit anzupassen. Die vielfältigen Möglichkeiten, die das Internet heutzutage bietet, sind ein wesentlicher Grund dafür, dass Käufer und Verbraucher der klassischen Werbung immer weniger Vertrauen schenken und stattdessen Empfehlungen von Freunden, Bekannten oder Experte folgen (Kaiser 2019). Diese Entwicklung wird im digitalen Bereich durch die Influencer Kooperationen bedient. Mit der Ausweitung von Onlineangeboten haben sich die Grenzen der Unternehmenskommunikation immer weiter verschoben und umfassen nun neue Kommunikationspartner, die Influencer (Herzmann 2015, S. 9). Influencer sind sogenannte Meinungsführer und Multiplikatoren in den Sozialen Medien. Das Thema der Zusammenarbeit mit Influencern ist schon lange nichts Neues mehr. Wenn man als Unternehmen Aufmerksamkeit erlangen möchte, kann dies mit Hilfe von Meinungsmachern erreicht werden. Denn Influencer haben mehr als nur Reichweite zu bieten, sie haben echte Anhänger und Fans, die auf die Glaubwürdigkeit der Influencer vertrauen, wodurch eine enge Bindung entstehen kann. Infolgedessen, dass es neue Kooperationspartner gibt, müssen die Kommunikationsinhalte und -strukturen im Unternehmen anders aufbereitet werden. Wer sich für Influencer Kooperationen in der Kommunikation entscheidet, muss sich des Stellenwerts erst einmal bewusst werden. Denn insbesondere durch das Beziehungsmanagement zu Influencern kann die digitale Reputation aufgebaut werden und maßgeblich zum Erfolg der Organisation führen (Herzmann 2015, S. 11). Wer sein Produkt oder seine Marke voranbringen will und auf eine genaue Zielgruppe ausrichten möchte, kommt nicht um das Thema Influencer herum. Denn Meinungsmacher haben extrem viele Facetten und kommunizieren über Social Media Kanäle.
The COVID-19 pandemic has led to an economic downturn in the Slovak Republic. To bridge corporate liquidity problems the Slovakian Government has introduced several support measures. The investigation discusses the effectiveness of the measures imposed. Based on theoretical foundations, the research question is empirically examined by using a qualitative expert survey. As the automotive industry plays a leading role in Slovakia, the research conducted is oriented towards the financing phases, a typical automotive exporter is undergoing. As a result of the research, bridging loans and government grants were identified as the most important measures. Additionally, tendencies towards political recommendations for action were identified. The research explored, that the Slovakian Government should focus on meeting the short-term liquidity needs, boosting exports and promoting innovation as well as considering a support package for the automotive industry.
E-Learning hat als ergänzendes Erlösmodell ein hohes Potenzial im Online-Journalismus, findet bisher allerdings wenig Beachtung. Insbesondere Garten- und Pflanzenthemen lassen sich aufgrund ihrer Praxisnähe gut über Onlinekurse vermitteln. Die Arbeit untersucht die Ansprüche der gartenjournalistischen Zielgruppe an einen entsprechenden Onlinekurs sowie an das dazugehörige Erlösmodell. Dazu gibt die Masterthesis theoretische Einblicke in die Themen Online-Journalismus, Erlösmodelle und E-Learning und betrachtet diese im Kontext der Erfolgsfaktoren von Onlinekursen. Neben der Themenrelevanz und dem Anbietervertrauen wurden die Motivierung und der Unterhaltungswert, Verständlichkeit und Praxisbezug sowie Betreuungsleistung und Kollaborationsmöglichkeiten als Erfolgsfaktoren ermittelt. Be- züglich des Erlösmodells stellen der Leistungsumfang sowie die Erlösform und Preisattraktivität ele- mentare Faktoren dar. Mit Hilfe qualitativer Sozialforschung am Beispiel der Zielgruppe von Mein schö- ner Garten wurden die Aspekte analysiert und deren Bedeutsamkeit bestätigt. Besonders die Wissens- vermittlung durch eine kompetente Lehrkraft, eine individuelle Betreuung, Live-Events und Community-Aspekte stellen einen Mehrwert gegenüber anderen gartenjournalistischen Angeboten dar. Jedoch unterscheiden sich die konkreten Ansprüche an die Gestaltung der Faktoren und die Gewichtung ihrer Relevanz ist abhängig vom Lerntyp. Das zeigt sich auch in einer variierenden Zahlungsbereitschaft, die wesentlich von den persönlichen Erwartungen und dem gebotenen Zusatznutzen abhängt. Individuelle Tarife und eine ergänzende Werbefinanzierung sind deshalb sinnvoll.
Fast charging of lithium-ion batteries remains one of the most delicate challenges for the automotive industry, being seriously affected by the formation of lithium metal in the negative electrode. Here we present a physicochemical pseudo-3D model that explicitly includes the plating reaction as side reaction running in parallel to the main intercalation reaction. The thermodynamics of the plating reaction are modeled depending on temperature and ion concentration, which differs from the often-used assumption of a constant plating condition of 0 V anode potential. The reaction kinetics are described with an Arrhenius-type rate law parameterized from an extensive literature research. Re-intercalation of plated lithium was modeled to take place either via reverse plating (solution-mediated) or via an explicit interfacial reaction (surface-mediated). At low temperatures not only the main processes (intercalation and solid-state diffusion) become slow, but also the plating reaction itself becomes slower. Using this model, we are able to predict typical macroscopic experimental observables that are indicative of plating, that is, a voltage plateau during discharge and a voltage drop upon temperature increase. A spatiotemporal analysis of the internal cell states allows a quantitative insight into the competition between intercalation and plating. Finally, we calculate operation maps over a wide range of C-rates and temperatures that allow to assess plating propensity as function of operating condition.
Um die Akzeptanz und Relevanz von Mailings zu steigern, ist es für Unternehmen wichtig, die Kundeninteressen möglichst gezielt anzusprechen. Bereits jetzt wird die E-Mail-Marketing Lösung Inxmail Professional zusammen mit Recommender Systemen eingesetzt, was das Erstellen und Versenden von E-Mails mit personalisierten Produktempfehlungen ermöglicht. Das notwendige Wissen für den Aufbau und den Betrieb dieser Recommender Systeme liegt dabei jedoch bei (externen) Technologie-Partnern, wodurch höhere Kosten und zusätzliche Abhängigkeiten für Inxmail und seine Kunden entstehen.
Mit dieser Arbeit wurde erforscht, was es für das Unternehmen Inxmail bedeutet, mit Open-Source-Software ein eigenständiges Recommender System aufzubauen und in die E-Mail-Marketing Lösung Inxmail Professional zu integrieren. Hierfür wird Inxmail Professional in einem typischen Kontext mit einem angebundenen Onlineshop System betrachtet. Das Recommender System soll anhand der Daten, die es aus dem Onlineshop System bekommt, individuelle Produktempfehlungen berechnen, um diese automatisiert beim Versand für jeden Empfänger abfragen und in die E-Mail integrieren zu können.
Auf Basis des Machine Learning Servers Harness und der integrierten Universal Recommender Engine wurde ein Recommender System aufgebaut.
Für die Integration des Onlineshop Systems Shopware wurde ein Plugin entwickelt, welches das Recommender System über alle relevanten Benutzeraktionen benachrichtigt. Die Inxmail Professional Integration basiert auf einem Webservice, der implementiert wurde, um die individuellen Produktempfehlungen für einen Kunden/Empfänger beim Recommender System abzufragen und mit den Detailinformationen zu den Produkten aus dem Onlineshop aufzubereiten.
Es konnte gezeigt werden, dass auf der Grundlage von Open-Source-Technologien ein eigenständiges Recommender System aufgebaut, evaluiert und in Inxmail Professional mit angebundenem Onlineshop System integriert werden kann. Der Gesamtprozess für die Evaluation des Systems wurde weitestgehend automatisiert, wodurch viele manuelle und zeitintensive Schritte über Steuerungsskripte abgehandelt werden können. Das System erlaubt die reibungslose Verarbeitung großer Datenmengen (> 19.000.000 Events) auf einem einzelnen Server. Die Vorhersagequalität wurde anhand realer Interaktionsdaten aus öffentlichen E-Commerce-Datensätzen mit Offline-Tests gemessen. Dadurch wurde sichergestellt, dass das System in der Lage ist, bei stetig wachsender Eventmenge zuverlässige aufempfehlungen zu berechnen. Die Tests haben gezeigt, dass bei mehreren Millionen Events von mehreren Tausend Benutzern für mehrere Tausend Produkte, 13 % bis 15 % aller tatsächlichen Käufe in den Top-10 der vom System vorgeschlagenen Empfehlungen enthalten waren.
Damit wurde die Grundlage für den selbstständigen Aufbau und Betrieb eines Recommender Systems gelegt, was eine sinnvolle und kostengünstige Alternative zu externen Systemen sein kann.