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Am Buffet des Lebens
(2017)
Message co chairmen
(2017)
In this study, a high-performance controller is proposed for single-phase grid-tied energy storage systems (ESSs). To control power factor and current harmonics and manage time-shifting of energy, the ESS is required to have low steady-state error and fast transient response. It is well known that fast controllers often lack the required steady-state accuracy and trade-off is inevitable. A hybrid control system is therefore presented that combines a simple yet fast proportional derivative controller with a repetitive controller which is a type of learning controller with small steady-state error, suitable for applications with periodic grid current harmonic waveforms. This results in an improved system with distortion-free, high power factor grid current. The proposed controller model is developed and design parameters are presented. The stability analysis for the proposed system is provided and the theoretical analysis is verified through stability, transient and steady-state simulations.
Exploiting Dissent: Towards Fuzzing-based Differential Black Box Testing of TLS Implementations
(2017)
The Transport Layer Security (TLS) protocol is one of the most widely used security protocols on the internet. Yet do implementations of TLS keep on suffering from bugs and security vulnerabilities. In large part is this due to the protocol's complexity which makes implementing and testing TLS notoriously difficult. In this paper, we present our work on using differential testing as effective means to detect issues in black-box implementations of the TLS handshake protocol. We introduce a novel fuzzing algorithm for generating large and diverse corpuses of mostly-valid TLS handshake messages. Stimulating TLS servers when expecting a ClientHello message, we find messages generated with our algorithm to induce more response discrepancies and to achieve a higher code coverage than those generated with American Fuzzy Lop, TLS-Attacker, or NEZHA. In particular, we apply our approach to OpenssL, BoringSSL, WolfSSL, mbedTLS, and MatrixSSL, and find several real implementation bugs; among them a serious vulnerability in MatrixSSL 3.8.4. Besides do our findings point to imprecision in the TLS specification. We see our approach as present in this paper as the first step towards fully interactive differential testing of black-box TLS protocol implementations. Our software tools are publicly available as open source projects.
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Usability-Untersuchung des Zwischenstands der neuen Unternehmenswebseite www.dekoanddesign.de vom 30.01.2017. Das Ziel ist die Ermittlung von Schwierigkeiten im Hinblick auf die Gebrauchstauglichkeit der Webseite und die daraus resultierende Ableitung konkreter Handlungsempfehlungen. Die Autorin analysiert den zur Verfügung gestellten Untersuchungsgegenstand im Hinblick auf die theoretisch erarbeiteten Richtlinien und Qualitätskriterien der Web-Usability. Um die Webseite zusätzlich aus dem Blickwinkel potenzieller Nutzer betrachten zu können, wurde ein Usability-Test durchgeführt. Die Erkenntnisse aus der Analyse wurden hierbei anhand der Beobachtung und der direkten qualitativen Befragung der Probanden bestätigt, sowie weitere Probleme erfasst. Dabei konnte ermittelt werden, dass die Webseite zum Untersuchungszeitpunkt keine fundamentalen Barrieren beinhaltet hat, die eine kontinuierliche Verwendung der Seite behindern. Dennoch hat sich ergeben, dass einige Schwachstellen bezüglich der Gebrauchstauglichkeit bestehen, die für eine einwandfreie Nutzung optimiert werden sollten. Die Hauptproblematik liegt dabei in der Navigationsstruktur, die stellenweise unvollständig und nicht einheitlich strukturiert ist. Um die vorliegende Webseite anschließend im Sinne der Benutzerfreundlichkeit perfektionieren zu können, wurden daraus konkrete Handlungsempfehlungen abgeleitet. Bestehende Strukturen und Inhalte sollten an einigen Stellen neu organisiert und fehlende Komponenten ergänzt werden. Die Webseite sollte sich auf die Kerninhalte und -elemente konzentrieren und unnötige Informationen sowie Effekte sollten entfernt werden. Die optische Gestaltung von Texten und mehr sollte an die Anforderungen im Web angepasst werden. Die erarbeiteten Handlungsempfehlungen dienen als Grundlage für die geplante Optimierung der Webseite innerhalb des Usability Engineerings.
Die zunehmende Digitalisierung ändert die Art und Weise unseres Zusammenlebens. Im Zeitalter „Industrie 4.0“ sind Unternehmen mehr denn je dazu angehalten, den vorhandenen
Fachkräftemangel einzudämmen,indem sie Weiterbildungsmaßnahmen fördern. Auch die Lernkultur ist betroffen. Vieles von unserem Wissen rufen wir über das Smartphone ab, sehen uns Video-Tutorials an oder lesen Artikel auf dem Tablet. Durch die sich verändernde Lernkultur ist zu beobachten, dass das Bewusstsein der Unternehmen für neue Trends, wie der des ELearnings,
gestiegen ist. Dabei stellen sich folgende Fragen: Wie kann der Wandel unterstützt werden? Welche Weiterbildungs-maßnahmen sind die effektivsten für Mitarbeiter und Unternehmen? Kann der Fachkräftemangel lediglich durch Präsenzseminare oder auch durch ELearning-Angebote behoben werden? Sind innovative Lernsysteme in der Lage, die Lerneffizienz zu steigern?
Um erfolgreiche Weiterbildungsmaßnahmen in Form von digitalen Medien anbieten zu können,müssen im Vorfeld Entscheidungen in Bezug auf den Einsatz von IT, das didaktische Design und die Organisation des Lernangebots getroffen werden. Lediglich ein durchdachtes Gesamtkonzept
kann einen erfolgreichen und effizienten Lehr- Lernprozess durch E-Learning in Kombination mit Präsenzseminaren gewährleisten.
Die vorliegende Bachelorarbeit befasst sich mit Live-Online-Trainings für die Marke Bosch Professional. Als ein E-Learning-Baustein unter vielen soll das Live-Online-Training dabei helfen,das gesamte Lernkonzept der Robert Bosch Power Tools GmbH zu strukturieren. Dabei soll sowohl das Angebot an Präsenzseminaren als auch das E-Learning-Angebot für die Vertriebsunternehmen attraktiver werden. Präsenzseminare sind auf Basis von Umfragen bei Mitarbeitern zwar meist beliebt,kommen allerdings dennoch für viele Unternehmen aus verschiedenen Gründen, wie beispielsweise Zeit- und Kostengründen, nicht mehr in Frage. Das Live-Online-Training bietet zum einen einen adäquaten Weiterbildungsersatz für diejenigen
Mitarbeiter, die bei einem Präsenzseminar verhindert sind, zum anderen eine Vorbereitungsmöglichkeit für diejenigen, die am vertiefenden, praktischen Präsenzseminar teilnehmen. Das E-Learning-Angebot dient unter anderem der Vorbereitung und Einführung in die Thematik vor dem Live-Online-Training.
Im Fokus dieser Arbeit steht unter anderem das didaktische Design, das die verschiedenen didaktischen Modelle in Bezug auf das Online-Lernen aufzeigt. Auf Basis dieser Modelle erfolgt die Konzeption einer telemedialen Lerneinheit, welche durch das Anwenden kreativer Methoden
für das aktive und interaktive Online-Lernen den Lernprozess unterstützt. Die technische Umsetzung dokumentiert das letztlich durchgeführte Live-Online-Training und thematisiert alle technischen Aspekte, die für die Umsetzung notwendig sind.
Die Belastungen und Anforderungen in der heutigen Arbeitswelt sind teilweise sehr gross. Faktoren wie Zeitdruck, Kostendruck, persönliche und externe Qualitätsan-sprüche, Schadensrisiko, Menge und Vielseitigkeit der Aufgaben, Führungsmängel etc. sowie eigene Einstellungen und Denkmuster erhöhen das Stresslevel bei vielen Angestellten unterschiedlichster Positionen. Ein aktueller Burn-Out Fall bei der TK CONSULT AG unterstreicht diese These. Gemäss aktueller Studien in der Schweiz liegt der volkswirtschaftliche Schaden (ohne Berufsunfälle, Berufskrankheiten, Inva-lidität und frühzeitiger Tod) bei ca. 4.2 Milliarden CHF, was ca. 1.2% des Bruttoin-landsprodukts der Schweiz entspricht (vgl. [2] S. ii). Des Weiteren zeigen verschie-dene Stressstudien, dass eine Zunahme der Stressbelastung stattfindet [1] [2]. Aufgrund dessen ist es sinnvoll, etwas gegen diesen Trend und die damit verbun-denen Kosten zu unternehmen.
Ziel dieser Thesis ist es, Massnahmen auf der persönlichen als auch der betriebli-chen Ebene zu erarbeiten. Diese sollen leicht verständlich und leicht umsetzbar sein.
Bei den persönlichen Massnahmen steht vor allem die Verbesserung des Selbst-managements durch eigene Zielsetzungen, Anpassung von eigenen Einstellungen und Denkmustern, Erholungsstrategien, Erweiterung der eigenen Kompetenzen und Verbesserung des Zeitmanagements im Vordergrund.
Bei den betrieblichen Massnahmen soll durch Mitarbeiterschulungen, Coaching, aktiver Gesundheitsförderung und Verbesserung der allgemeinen Arbeitsbedingun-gen eine Verbesserung der Stressbelastung erzielt werden.
In der Planungs- und Betriebspraxis herrscht im Bereich der Betriebsführung von thermisch aktivierten Bauteilsystemen und insbesondere der thermisch trägen Bauteilaktivierung noch große Unsicherheit. Trotz einer weiten Verbreitung dieser Systeme im Neubau von Nichtwohngebäuden hat sich bis heute keine einheitliche Betriebsführungsstrategie durchgesetzt. Vielmehr kritisieren Bauherren und Nutzer regelmäßig zu hohe bzw. niedrige Raumtemperaturen in den Übergangsjahreszeiten und bei Wetterwechsel sowie generell eine mangelhafte Regelbarkeit. Demgegenüber weisen Monitoringprojekte immer wieder einen hohen thermischen Komfort in diesen Gebäuden nach. Offensichtlich unterscheiden sich hier subjektiv empfundene Behaglichkeit und objektiv gemessener Komfort. Gleichzeitig sind Heiz- und Kühlkonzepte mit Flächentemperierung dann besonders energieeffizient, wenn das Regelkonzept auf deren thermische Trägheit angepasst ist. Eine gute Regelung gewährleistet also einen hohen thermischen Komfort und sorgt für einen möglichst niedrigen Energieeinsatz. Das Rechenverfahren mit Anlagenaufwandszahlen (in Anlehnung an DIN V 18599) bietet eine gute Möglichkeit, Anlagenkonzepte inklusive deren Betriebsführungsstrategie zu bewerten. Damit ist es möglich, eine auf das Gebäude angepasste Betriebsführungsstrategie für die Bauteilaktivierung zu finden und einheitlich zu bewerten.
The Bluetooth community is in the process to develop mesh technology. This is highly promising as Bluetooth is widely available in Smart Phones and Tablet PCs, allowing an easy access to the Internet of Things. In this paper work, we investigate the performance of Bluetooth enabled mesh networking that we performed to identify the strengths and weaknesses. A demonstrator for this protocol has been implemented by using the Fruity Mesh protocol implementation. Extensive test cases have been executed to measure the performance, the reliability, the power consumption and the delay. For this, an Automated Physical Testbed (APTB), which emulates the physical channels has been used. The results of these measurements are considered useful for the real implementation of Bluetooth; not only for home and building automation, but also for industrial automation.
Erfinderisches Problemlösen mit TRIZ : Zielbeschreibung, Problemdefinition und Lösungspriorisierung
(2017)
Die Theorie des erfinderischen Problemlösens, TRIZ, ist eine Systematik von Annahmen, Regeln, Methoden und Werkzeugen zur innovativen Systemverbesserung z.B. von Produkten, Prozessen, Dienstleistungen oder Organisationen. Diese Richtlinie erläutert TRIZ-Werkzeuge und -Methoden, die insbesondere in den Phasen "Zielbeschreibung", "Problemdefinition" und "Lösungspriorisierung" des Problemlösungsprozesses eingesetzt werden. Die Detailtiefe der Beschreibung erlaubt eine Einschätzung der Werkzeuge und Methoden hinsichtlich Einsatzzwecken, Ergebnissen und Funktionsweise. Die jeweilige Beschreibung der Methoden und Werkzeuge enthält konkrete Aussagen über Zielsetzung und Ergebnis ihres Einsatzes.
Background: R-wave synchronised atrial pacing is an effective temporary pacing
therapy in infants with postoperative junctional ectopic tachycardia. In the technique
currently used, adverse short or long intervals between atrial pacing and ventricular
sensing (AP–VS) may be observed during routine clinical practice.
Objectives: The aim of the study was to analyse outcomes of R-wave synchronised
atrial pacing and the relationship between maximum tracking rates and AP–VS
intervals.
Methods: Calculated AP–VS intervals were compared with those predicted by experienced
pediatric cardiologist.
Results: A maximum tracking rate (MTR) set 10 bpm higher than the heart rate (HR)
may result in undesirable short AP–VS intervals (minimum 83 ms). A MTR set 20 bpm
above the HR is the hemodynamically better choice (minimum 96 ms). Effects of either
setting on the AP–VS interval could not be predicted by experienced observers. In our
newly proposed technique the AP–VS interval approaches 95 ms for HR > 210 bpm
and 130 ms for HR < 130 bpm. The progression is linear and decreases strictly
(− 0.4 ms/bpm) between the two extreme levels.
Conclusions: Adjusting the AP–VS interval in the currently used technique is complex
and may imply unfavorable pacemaker settings. A new pacemaker design is advisable
to allow direct control of the AP–VS interval.
Die in diesem Aufsatz angesprochenen drei Skype-Performances, die wir im Zeitraum von 2010 bis 2013 durchgeführt haben, fokussieren nicht auf die trennenden Momente der handelnden Subjekte und ihrer Medien, sondern verfolgen eine radikal verkörperte, techno-ökologische Sichtweise. Im Kern untersuchen wir erweiterte Phänotypen , die durch das fortlaufende Parasitiert-Werden unserer Organismen durch die elektronischen Kanäle entstehen. So gesehen verbinden sich via Skype keine getrennten Personen und Orte, sie bilden vielmehr über die Präsenzerfahrung u.a. von Stimme, Haut und Rhythmus eine gemeinsame Umwelt und öffnen temporär einen ‚Dritten Raum‘ bzw. einen ‚Dritten Körper‘. Mensch, Maschine und Umwelt entwickeln durch die Medialisierung eine emergente Bezogenheit organischer und anorganischer Milieus, eine taktil/haptisch-mediale, verkörperte Ökologie. Das ist eine zentrale Annahme unserer Versuchsreihen.
Produkt-Controlling
(2017)
Zentraler Baustein des Marketing ist die „facettenreiche“ Produktpolitik. Im nachstehenden Beitrag wird zunächst die Einordnung der Produktpolitik in den Zielkatalog des Marketing und des Unternehmens skizziert. Das Produkt-Controlling wird verstanden als zielgerichtete Unterstützung der Managementaufgaben im Kontext der Produktpolitik mittels passender Instrumente – Instrumente, die der Phase der Produktentstehung wie der Marktzyklusphase zuzuordnen sind. Erkennbar wird: es gibt ein umfangreiches Set an Methoden, die das Marketing-Management unterstützen und die Sicherstellung der Marketing-Effektivität und Marketing-Effizienz gewährleisten. Die Komplexität des Produkt-Controllings bedingt sich auch durch den ausreichenden Einbezug preis-, qualitäts- und markenpolitischer Informationen in die Zielkontrolle.
Computing Aggregates on Autonomous, Self-organizing Multi-Agent System: Application "Smart Grid"
(2017)
Decentralized data aggregation plays an important role in estimating the state of the smart grid, allowing the determination of meaningful system-wide measures (such as the current power generation, consumption, etc.) to balance the power in the grid environment. Data aggregation is often practicable if the aggregation is performed effectively. However, many existing approaches are lacking in terms of fault-tolerance. We present an approach to construct a robust self-organizing overlay by exploiting the heterogeneous characteristics of the nodes and interlinking the most reliable nodes to form an stable unstructured overlay. The network structure can recover from random state perturbations in finite time and tolerates substantial message loss. Our approach is inspired from biological and sociological self-organizing mechanisms.
With increasing flexible AC transmission system (FACTS) devices in operation, like the most versatile unified power flow controller (UPFC), the AC/DC transmission flexibility and power system stability have been suffering unprecedented challenge. This paper introduces the user-defined modeling (UDM) method into the UPFC dynamic modeling process, to deal with the challenging requirements of power system operation. This has also been verified using a leading-edge stability analysis software named DSATools TM in the IEEE-39 bus benchmark system. The characteristics of steady-state and dynamic responses are compared and analyzed under different conditions. Furthermore, simulation results prove the feasibility and effectiveness of the proposed UPFC in terms of both the independent regulation of power flow and the improvement of transient stability.
In the course of the last few years, our students are becoming increasingly unhappy. Sometimes they stop attending lectures and even seem not to know how to behave correctly. It feels like they are getting on strike. Consequently, drop-out rates are sky-rocketing. The lecturers/professors are not happy either, adopting an “I-don’t-care” attitude.
An interdisciplinary, international team set in to find out: (1) What are the students unhappy about? Why is it becoming so difficult for them to cope? (2) What does the “I-don’t-care” attitude of professors actually mean? What do they care or not care about? (3) How far do the views of the parties correlate? Could some kind of mutual understanding be achieved?
The findings indicate that, at least at our universities, there is rather a long way to go from “Engineering versus Pedagogy” to “Engineering Pedagogy”.
Three real-lab trigeneration microgrids are investigated in non-residential environments (educational, office/administrational, companies/production) with a special focus on domain-specific load characteristics. For accurate load forecasting on such a local level, à priori information on scheduled events have been combined with statistical insight from historical load data (capturing information on not explicitly-known consumer behavior). The load forecasts are then used as data input for (predictive) energy management systems that are implemented in the trigeneration microgrids. In real-world applications, these energy management systems must especially be able to carry out a number of safety and maintenance operations on components such as the battery (e.g. gassing) or CHP unit (e.g. regular test runs). Therefore, energy management systems should combine heuristics with advanced predictive optimization methods. Reducing the effort in IT infrastructure the main and safety relevant management process steps are done on site using a Smart & Local Energy Controller (SLEC) assisted by locally measured signals or operator given information as default and external inputs for any advanced optimization. Heuristic aspects for local fine adjustment of energy flows are presented.
Im Jahr 1504 verlor der deutsche Ritter Gottfried („Götz“) von Berlichingen seine
rechte Hand. Schon während seiner Genesung dachte er daran, die Hand zu ersetzen,
und beauftragte bald darauf die erste Handprothese, die sogenannte „Eiserne Hand“.
Jahre später wurde die aufwändigere zweite „Eiserne Hand“ gebaut. Wir haben die erste
Prothese auf der Basis früherer Literaturdaten von
Quasigroch (1982) mit Hilfe von 3-D
Computer-Aided Design (CAD) rekonstruiert. Dazu mussten einige Abmessungen angepasst
und ein paar Annahmen für das CAD-Modell gemacht werden. Die historische passive
Prothese des Götz von Berlichingen ist für die moderne Neuroprothetik interessant, da sie
eine Alternative zu komplexen invasiven Brain-Machine-Interface-Konzepten darstellen
könnte, wo diese Konzepte nicht notwendig, möglich oder vom Patienten gewünscht sind.
Streustrahlung in der Ultraschall-Computertomographie zur Verifizierung der Echtheit von Perlen
(2017)
This paper describes a new analysis method developed to distinguish real from fake
pearls using non-ionizing, non-destructive ultrasound computed tomography (USCT): In the USCT Shepp-Logan-filtered time-of-flight image, a fake pearl shows irregular, asymmetric
scattering of ultrasound, whereas the pattern in a natural pearl is regular and symmetric.
We strongly assume that pattern recognition of the scattering of ultrasound cannot only
play an important role in verifying pearls, but also in testing other materials and tissues in
(bio-)medical engineering. Furthermore, and most importantly, this new approach could
be helpful for a variety of clinical diagnoses using high-resolution 3D-USCT, such as the
detection of X-ray-negative micro-calcifications in early breast cancer. Moreover looking
at scattering patterns in dedicated positron emission tomography systems may promote
new developments in nuclear medicine diagnostics.
The building sector is one of the main consumers of energy. Therefore, heating and cooling concepts for renewable energy sources become increasingly important. For this purpose, low-temperature systems such as thermo-active building systems (TABS) are particularly suitable. This paper presents results of the use of a novel adaptive and predictive computation method, based on multiple linear regression (AMLR) for the control of TABS in a passive seminar building. Detailed comparisons are shown between the standard TABS and AMLR strategies over a period of nine months each. In addition to the reduction of thermal energy use by approx. 26% and a significant reduction of the TABS pump operation time, this paper focuses on investment savings in a passive seminar building through the use of the AMLR strategy. This includes the reduction of peak power of the chilled beams (auxiliary system) as well as a simplification of the TABS hydronic circuit and the saving of an external temperature sensor. The AMLR proves its practicality by learning from the historical building operation, by dealing with forecasting errors and it is easy to integrate into a building automation system.
Polygeneration systems are a key technology for the reduction of primary energy usage and emissions. High costs, lack of flexibility and effort for parameterization hinder the wide usage of modeling tools during their conceptual design. This paper describes how planning tools can be structured for the conceptual design phase where only little information is available to the planner. A library concept was developed using the principles of object-oriented modeling to address the flexibility issue. With respect to cost and expandability, the open-source modeling language Modelica was chosen. Furthermore, easy-to-parameterize component models were developed. In addition to the improved library concept and novel component models, an easy-to-adapt control concept is proposed. The component models were validated and the applicability of the library was demonstrated by means of an example. It was shown that the data usually obtained from spec sheets are sufficient to parameterize the models. In addition to this, the control concept was approved.
In this paper we present the implementation of a model-predictive controller (MPC) for real-time control of a cable-robot-based motion simulator. The controller computes control inputs such that a desired acceleration and angular velocity at a defined point in simulator’s cabin are tracked while satisfying constraints imposed by working space and allowed cable forces of the robot. In order to fully use the simulator capabilities, we propose an approach that includes the motion platform actuation in the MPC model. The tracking performance and computation time of the algorithm are investigated in computer simulations. Furthermore, for motion simulation scenarios where the reference trajectories are not known beforehand, we derive an estimate on how much motion simulation fidelity can maximally be improved by any reference prediction scheme compared to the case when no prediction scheme is applied.
Radiation is an important means of heat transfer inside an electric arc furnace (EAF).
To gain insight into the complex processes of heat transfer inside the EAF vessel, not only radiation from the surfaces but also emission and absorption of the gas phase and the dust cloud need to be considered.
Furthermore, the radiative heat exchange depends on the geometrical configuration which is continuously changing throughout the process.
The present paper introduces a system model of the EAF which takes into account the radiative heat transfer between the surfaces
and the participating medium. This is attained by the development of a simplified geometrical model,
the use of a weighted-sum-of-gray-gases model, and a simplified consideration of dust radiation.
The simulation results were compared with the data of real EAF plants available in literature.
The need to measure basic aerosol parameters has increased dramatically in the last decade. This is due mainly to their harmful effect on the environment and on public health. Legislation requires that particle emissions and ambient levels, workplace particle concentrations and exposure to them are measured to confirm that the defined limits are met and the public is not exposed to harmful concentrations of aerosols.
Climate change and resultant scarcity of water are becoming major challenges for countries around the world. With the advent of Wireless Sensor Networks (WSN) in the last decade and a relatively new concept of Internet of Things (IoT), embedded systems developers are now working on designing control and automation systems that are lower in cost and more sustainable than the existing telemetry systems for monitoring. The Indus river basin in Pakistan has one of the world's largest irrigation systems and it is extremely challenging to design a low-cost embedded system for monitoring and control of waterways that can last for decades. In this paper, we present a hardware design and performance evaluation of a smart water metering solution that is IEEE 802.15.4-compliant. The results show that our hardware design is as powerful as the reference design, but allows for additional flexibility both in hardware and in firmware. The indigenously designed solution has a power added efficiency (PAE) of 24.7% that is expected to last for 351 and 814 days for nodes with and without a power amplifier (PA). Similarly, the results show that a broadband communication (434 MHz) over more than 3km can be supported, which is an important stepping stone for designing a complete coverage solution of large-scale waterways.
The IEEE 1588 precision time protocol (PTP) is a time synchronization protocol with sub-microsecond precision primarily designed for wired networks. In this letter, we propose wireless precision time protocol (WPTP) as an extension to PTP for multi-hop wireless networks. WPTP significantly reduces the convergence time and the number of packets required for synchronization without compromising on the synchronization accuracy.
Due to climate change and scarcity of water reservoirs, monitoring and control of irrigation systems is now becoming a major focal area for researchers in Cyber-Physical Systems (CPS). Wireless Sensor Networks (WSNs) are rapidly finding their way in the field of irrigation and play the key role as data gathering technology in the domain of IoT and CPS. They are efficient for reliable monitoring, giving farmers an edge to take precautionary measures. However, designing an energy-efficient WSN system requires a cross-layer effort and energy-aware routing protocols play a vital role in the overall energy optimization of a WSN. In this paper, we propose a new hierarchical routing protocol suitable for large area environmental monitoring such as large-scale irrigation network existing in the Punjab province of Pakistan. The proposed protocol resolves the issues faced by traditional multi-hop routing protocols such as LEACH, M-LEACH and I-LEACH, and enhances the lifespan of each WSN node that results in an increased lifespan of the whole network. We used the open-source NS3 simulator for simulation purposes and results indicate that our proposed modifications result in an average 27.8% increase in lifespan of the overall WSN when compared to the existing protocols.
Nachweise für die Stabilität von Regelkreisen, deren Stellgrößen an ihre Begrenzungen gelangen können und bei denen die Regler Integratoren oder andere dynamische Glieder sowie Anti-Windup-Maßnahmen enthalten, sind gewöhnlich sehr aufwändig zu führen. Bei PI-Zustandsreglern, die mittels der in [1] vorgestellten Methode in einem mehrstufigen Verfahren für Regelstrecken entworfen wurden, die bis auf die Stellgrößenbegrenzungen linear sind, lassen sich jedoch äußerst hilfreiche allgemeine Stabilitätsaussagen treffen, die den konkreten Stabilitätsnachweis für das Gesamtsystem– selbst unter Einbeziehung von Beobachtern – erheblich vereinfachen. Im vorliegenden Beitrag werden die diesbezüglichen, auf Steuerbarkeitsbetrachtungen beruhenden, Zusammenhänge für zeitdiskrete Regelkreise aufgezeigt sowie daraus exemplarisch mittels Ljapunow-Funktionen eine einfache Reglerformel für Zustandsregler abgeleitet, die auch im Begrenzungsfall stabil arbeiten. Ein Beispielaus der elektrischen Antriebstechnik illustriert die Anwendbarkeit der vorgestellten Methode.
eTPL: An Enhanced Version of the TLS Presentation Language Suitable for Automated Parser Generation
(2017)
The specification of the Transport Layer Security (TLS) protocol defines its own presentation language used for the purpose of semi-formally describing the structure and on-the-wire format of TLS protocol messages. This TLS Presentation Language (TPL) is more expressive and concise than natural language or tabular descriptions, but as a result of its limited objective has a number of deficiencies. We present eTPL, an enhanced version of TPL that improves its expressiveness, flexibility, and applicability to non-TLS scenarios. We first define a generic model that describes the parsing of binary data. Based on this, we propose language constructs for TPL that capture important information which would otherwise have to be picked manually from informal protocol descriptions. Finally, we briefly introduce our software tool etpl-tool which reads eTPL definitions and automatically generates corresponding message parsers in C++. We see our work as a contribution supporting sniffing, debugging, and rapid-prototyping of wired and wireless communication systems.
The paper describes the hardware and software architecture of the developed multi MEMS sensor prototype module, consisting of ARM Cortex M4 STM32F446 microcontroller unit, five 9-axis inertial measurement units MPU9255 (3D accelerometer, 3D gyroscope, 3D magnetometer and temperature sensor) and a BMP280 barometer. The module is also equipped with WiFi wireless interface (Espressif ESP8266 chip). The module is constructed in the form of a truncated pyramid. Inertial sensors are mounted on a special basement at different angles to each other to eliminate hardware sensors drifts and to provide the capability for self-calibration. The module fuses information obtained from all types of inertial sensors (acceleration, rotation rate, magnetic field and air pressure) in order to calculate orientation and trajectory. It might be used as an Inertial Measurement Unit, Vertical Reference Unit or Attitude and Heading Reference System.
The low cost and small size of MEMS inertial sensors allows their combination into a multi sensor module in order to improve performance. However the different linear accelerations measured on different places on a rotating rigid body have to be considered for the proper fusion of the measurements. The errors in measurement of MEMS inertial sensors include deterministic imperfection, but also random noise. The gain in accuracy of using multiple sensors depends strongly on the correlation between these errors from the different sensors. Although for sensor fusion it usually assumed that the measurement errors of different sensors are uncorrelated, estimation theory shows that for the combination of the same type of sensors actually a negative correlation will be more beneficial. Therefore we describe some important and often neglected considerations for the combination of several sensors and also present some preliminary results with regard to the correlation of measurements from a simple multi sensor setup.
A novel approach of a test environment for embedded networking nodes has been conceptualized and implemented. Its basis is the use of virtual nodes in a PC environment, where each node executes the original embedded code. Different nodes run in parallel, connected via so-called virtual channels. The environment allows to modifying the behavior of the virtual channels as well as the overall topology during runtime to virtualize real-life networking scenarios. The presented approach is very efficient and allows a simple description of test cases without the need of a network simulator. Furthermore, it speeds up the process of developing new features as well as it supports the identification of bugs in wireless communication stacks. In combination with powerful test execution systems, it is possible to create a continuous development and integration flow.
Heart rhythm model and simulation of electrophysiological studies and high-frequency ablations
(2017)
Background: The simulation of complex cardiologic structures has the potential to replace clinical studies due to its high efficiency regarding time and costs. Furthermore, the method is more careful for the patients’ health than the conventional ways. The aim of the study was to create an anatomic CAD heart rhythm model (HRM) as accurate as possible, and to show its usefulness for cardiac electrophysiological studies (EPS) and high-frequency (HF) ablations.
Methods: All natural heart components of the new HRM were based on MRI records, which guaranteed electronic functionality. The software CST (Computer Simulation Technology, Darmstadt) was used for the construction, while CST’s material library assured genuine tissue properties. It should be applicable to simulate different heart rhythm diseases as well as various diffusions of electromagnetic fields, caused by electrophysiological conduction, inside the heart tissue.
Results: It was achievable to simulate normal sinus rhythm and fourteen different heart rhythm disturbance with different atrial and ventricular conduction delays. The simulated biological excitation of healthy and sick HRM were plotted by simulated electrodes of four polar right atrial catheter, six polar His bundle catheter, ten polar coronary sinus catheter, four polar ablation catheter and eight polar transesophageal left cardiac catheter (Fig.). Accordingly, six variables were rebuilt and inserted into the anatomic HRM in order to establish heart catheters for ECG monitoring and HF ablation. The HF ablation catheters made it possible to simulate various types of heart rhythm disturbance ablations with different HF ablation catheters and also showed a functional visualisation of tissue heating. The use of tetrahedral meshing HRM made it attainable to store the results faster accompanied by a higher degree of space saving. The smart meshing function reduced unnecessary high resolutions for coarse structures.
Conclusions: The new HRM for EPS simulation may be additional useful for simulation of heart rhythm disturbance, cardiac pacing, HF ablation and for locating and identification of complex fractioned signals within the atrium during atrial fibrillation HF ablation.
Comparing anomalies and exceptions to multilateral dysfunction across a number of spheres of world politics, the book chapter explores pathways through and beyond gridlock in trade. It provides a vital new perspective on world politics as well as a practical guide for positive change in global policy.
Quo Vadis Freihandel?
(2017)
Background: The electrical field (E-field) of the biventricular (BV) stimulation is essential for the success of cardiac resynchronization therapy (CRT) in patients with cardiac insufficiency and widened QRS complex. 3D modeling allows the simulation of CRT and high frequency (HF) ablation.
Purpose: The aim of the study was to model different pacing and ablation electrodes and to integrate them into a heart model for the static and dynamic simulation of BV stimulation and HF ablation in atrial fibrillation (AF).
Methods: The modeling and simulation was carried out using the electromagnetic simulation software. Five multipolar left ventricular (LV) electrodes, one epicardial LV electrode, four bipolar right atrial (RA) electrodes, two right ventricular (RV) electrodes and one HF ablation catheter were modeled. Different models of electrodes were integrated into a heart rhythm model for the electrical field simulation (fig.1). The simulation of an AV node ablation at CRT was performed with RA, RV and LV electrodes and integrated ablation catheter with an 8 mm gold tip.
Results: The RV and LV stimulation were performed simultaneously at amplitude of 3 V at the LV electrode and 1 V at the RV electrode, each with a pulse width of 0.5 ms. The far-field potentials generated by the BV stimulations were perceived by the RA electrode. The far-field potential at the RA electrode tip was 32.86 mV. A far-field potential of 185.97 mV resulted at a distance of 1 mm from the RA electrode tip. AV node ablation was simulated with an applied power of 5 W at 420 kHz at the distal 8 mm ablation electrode. The temperature at the catheter tip was 103.87 ° C after 5 s ablation time, 44.17 ° C from the catheter tip in the myocardium and 37.61 ° C at a distance of 2 mm. After 10 s, the temperature at the three measuring points described above was 107.33 ° C, 50.87 ° C, 40.05 ° C and after 15 seconds 118.42 ° C, 55.75 ° C and 42.13 ° C.
Conclusions: Virtual heart and electrode models as well as the simulations of electrical fields and temperature profiles allow the static and dynamic simulation of atrial synchronous BV stimulation and HF ablation at AF. The 3D simulation of the electrical field and temperature profile may be used to optimize the CRT and AF ablation.
Zerstörungsfreie Verfahren zur Messung von Eigenspannungen erfordern, abhängig vom gewählten Verfahren, die Kenntnis gewisser Kopplungskonstanten. Im Falle von Ultraschallmessverfahren sind das neben den elastischen Konstanten zweiter Ordnung (SOEC) vor allem die Konstanten dritter Ordnung (TOEC). Elastische Konstanten fester, metallischer Bauteile werden in der Regel in Zugversuchen bestimmt. Zur Ermittlung der TOEC werden diese mit Ultraschallmessmethoden kombiniert. Durch äußere Einflüsse, wie etwa mechanische Nachbehandlungen der zu untersuchenden Bauteile können sich diese Konstanten jedoch ändern und müssen folglich direkt am veränderten Material bestimmt werden. Mithilfe von Simulationen wird die Ausbreitung der zweiten Harmonischen und der nichtlinear erzeugten Oberflächenwellen in Wellenmischexperimenten analysiert und der akustische Nichtlinearitätsparameter (ANP) bzw. der Kopplungsparameter aus der Amplitudenentwicklung berechnet. Insbesondere wird untersucht, welchen Einfluss ein gegebenes Tiefenprofil der TOEC auf den ANP hat (Vorwärtsproblem) und inwiefern sich aus den Messungen des ANP auf ein vorliegendes Tiefenprofil der TOEC schließen lässt (inverses Problem). Außerdem wird diskutiert, welchen Einfluss lokale Änderungen der SOEC auf den ANP haben können und wie groß diese Änderungen sein dürfen, um die TOEC dennoch bestimmen zu können. Die Untersuchungen hierzu wurden auf der Basis eines 3D-FEM Modells mit zufällig orientierten Mikrorissen durchgeführt. Die numerischen Rechnungen zeigen dabei auch eine gute Übereinstimmung mit einem aus der Literatur bekannten und für dieses Problem erweiterten, analytischen Modell. Neben der rissinduzierten Nichtlinearität kann bei diesem auch die Gitternichtlinearität berücksichtigt werden.
Elastic constants of components are usually determined by tensile tests in combination with ultrasonic experiments. However, these properties may change due to e.g. mechanical treatments or service conditions during their lifetime. Knowledge of the actual material parameters is key to the determination of quantities like residual stresses present in the medium. In this work the acoustic nonlinearity parameter (ANP) for surface acoustic waves is examined through the derivation of an evolution equation for the amplitude of the second harmonic. Given a certain depth profile of the third-order elastic constants, the dependence of the ANP with respect to the input frequency is determined and on the basis of these results, an appropriate inversion method is developed. This method is intended for the extraction of the depth dependence of the third-order elastic constants of the material from second-harmonic generation and guided wave mixing experiments, assuming that the change in the linear Rayleigh wave velocity is small. The latter assumption is supported by a 3D-FEM model study of a medium with randomly distributed microcracks as well as theoretical works on this topic in the literature.