TY  - THES
A1  - Selbach, Stefan
T1  - Hybride bitparallele Volltextsuche
T1  - Hybrid Bit-parallel Full-text Search
N2  - Der große Vorteil eines q-Gramm Indexes liegt darin, dass es möglich ist beliebige Zeichenketten in einer Dokumentensammlung zu suchen. Ein Nachteil jedoch liegt darin, dass bei größer werdenden Datenmengen dieser Index dazu neigt, sehr groß zu werden, was mit einem deutlichem Leistungsabfall verbunden ist. In dieser Arbeit wird eine neuartige Technik vorgestellt, die die Leistung eines q-Gramm Indexes mithilfe zusätzlicher M-Matrizen für jedes q-Gramm und durch die Kombination mit einem invertierten Index erhöht. Eine M-Matrix ist eine Bit-Matrix, die Informationen über die Positionen eines q-Gramms enthält. Auch bei der Kombination von zwei oder mehreren Q-Grammen bieten diese M-Matrizen Informationen über die Positionen der Kombination. Dies kann verwendet werden, um die Komplexität der Zusammenführung der q-Gramm Trefferlisten für eine gegebene Suchanfrage zu reduzieren und verbessert die Leistung des n-Gramm-invertierten Index. Die Kombination mit einem termbasierten invertierten Index beschleunigt die durchschnittliche Suchzeit zusätzlich und vereint die Vorteile beider Index-Formate. Redundante Informationen werden in dem q-Gramm Index reduziert und weitere Funktionalität hinzugefügt, wie z.B. die Bewertung von Treffern nach Relevanz, die Möglichkeit, nach Konzepten zu suchen oder Indexpartitionierungen nach Wichtigkeit der enthaltenen Terme zu erstellen.
N2  - The major advantage of the n-gram inverted index is the possibility to locate any given substring in a document collection. Nevertheless, the n-gram inverted index also has its drawbacks: If the collections are getting bigger, this index tends to be very large and the performance drops significantly. A novel technique is proposed to enhance the performance of an n-gram inverted index by using additional m-matrixes for each n-gram and by combining it with an inverted index. An m-matrix is a bit matrix containing information about the positions of an n-gram. When combining two or more n-grams, these m-matrixes provide information about the positions of the combination. This can be used to reduce the complexity of merging the n-gram postings lists for a given search and improves the performance of the n-gram inverted index. The combination with a term based inverted index speeds up the average search time even more and combines the benefits of both index formats. Redundant information is reduced in the n-gram index and further functionality is added like the ranking of hits, the possibility to search for concepts and to create index partitions according to the relevance of the contained terms.
KW  - Information Retrieval
KW  - Information-Retrieval-System
KW  - Suchverfahren
KW  - Invertierte Liste
KW  - n-Gramm
KW  - q-Gramm
KW  - Volltextsuche
KW  - Bit Parallelität
KW  - Konzeptsuche
KW  - q-gram
KW  - n-gram
KW  - bit-parallel
KW  - full-text search
KW  - concept search
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-66476
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schäfer, Dirk
T1  - Globale Selbstlokalisation autonomer mobiler Roboter - Ein Schlüsselproblem der Service-Robotik
T1  - The global self-localisation problem - a key problem in the field of service robotics
N2  - Die Dissertation behandelt die Problemstellung der globalen Selbstlokalisation autonomer mobiler Roboter, welche folgendermaßen beschrieben werden kann: Ein mobiler Roboter, eingesetzt in einem Gebäude, kann unter Umständen das Wissen über seinen Standort verlieren. Man geht nun davon aus, dass dem Roboter eine Gebäudekarte als Modell zur Verfügung steht. Mit Hilfe eines Laser-Entfernungsmessers kann das mobile Gerät neue Informationen aufnehmen und damit bei korrekter Zuordnung zur Modellkarte geeignete hypothetische Standorte ermitteln. In der Regel werden diese Positionen aber mehrdeutig sein. Indem sich der Roboter intelligent in seiner Einsatzumgebung bewegt, kann er die ursprünglichen Sensordaten verifizieren und ermittelt im besten Fall seine tatsächliche Position.Für diese Problemstellung wird ein neuer Lösungsansatz in Theorie und Praxis präsentiert, welcher die jeweils aktuelle lokale Karte und damit alle Sensordaten mittels feature-basierter Matchingverfahren auf das Modell der Umgebung abbildet. Ein Explorationsalgorithmus bewegt den Roboter während der Bewegungsphase autonom zu Sensorpunkten, welche neue Informationen bereitstellen. Während der Bewegungsphase werden dabei die bisherigen hypothetischen Positionen bestärkt oder geschwächt, sodaß nach kurzer Zeit eine dominante Position, die tatsächliche Roboterposition,übrigbleibt.
N2  - This thesis is dealing with the global self-localisation problem, which is known to be one of the hardest problems among autonomous mobile systems. The problem can be described as follows: A mobile robot agent has a map of the environment but does not know its position. It is equipped with ultransonic sensors and a laser range finder as main sensor. The goal of the robot agent is to recognize its true position within the environment.The level of complexity of this task increases with the size and also with the level of symmetry of the indoor environment. To cope with the problem a new approach will be presented in this thesis using state of the art map building and exploration algorithms as well as feature based localisation methods. Decomposition of the global map into a number of submaps, informative feature selection and multiple submap localisation queries ensure the road of success. The capability of the approach to global self-localising the robot is pointed out by several practical studies.
KW  - Mobiler Roboter
KW  - Autonomer Roboter
KW  - Lokalisation
KW  - Globale Selbstlokalisation
KW  - Mobile Roboter
KW  - Kartierung
KW  - Feature-Matching
KW  - Gllobal self-localisation
KW  - mobile robots
KW  - slam
KW  - feature-matching
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-7601
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schmitz, Heinz
T1  - The Forbidden Pattern Approach to Concatenation Hierarchies
T1  - Verbotsmuster und Hierarchien regulärer sternfreier Sprachen
N2  - The thesis looks at the question asking for the computability of the dot-depth of star-free regular languages. Here one has to determine for a given star-free regular language the minimal number of alternations between concatenation on one hand, and intersection, union, complement on the other hand. This question was first raised in 1971 (Brzozowski/Cohen) and besides the extended star-heights problem usually refered to as one of the most difficult open questions on regular languages. The dot-depth problem can be captured formally by hierarchies of classes of star-free regular languages B(0), B(1/2), B(1), B(3/2),... and L(0), L(1/2), L(1), L(3/2),.... which are defined via alternating the closure under concatenation and Boolean operations, beginning with single alphabet letters. Now the question of dot-depth is the question whether these hierarchy classes have decidable membership problems. The thesis makes progress on this question using the so-called forbidden pattern approach: Classes of regular languages are characterized in terms of patterns in finite automata (subgraphs in the transition graph) that are not allowed. Such a characterization immediately implies the decidability of the respective class, since the absence of a certain pattern in a given automaton can be effectively verified. Before this work, the decidability of B(0), B(1/2), B(1) and L(0), L(1/2), L(1), L(3/2) were known. Here a detailed study of these classes with help of forbidden patterns is given which leads to new insights into their inner structure. Furthermore, the decidability of B(3/2) is proven. Based on these results a theory of pattern iteration is developed which leads to the introduction of two new hierarchies of star-free regular languages. These hierarchies are decidable on one hand, on the other hand they are in close connection to the classes B(n) and L(n). It remains an open question here whether they may in fact coincide. Some evidence is given in favour of this conjecture which opens a new way to attack the dot-depth problem. Moreover, it is shown that the class L(5/2) is decidable in the restricted case of a two-letter alphabet.
N2  - Die Arbeit beschaeftigt sich mit der Frage nach der Berechenbarkeit der Punkttiefe sternfreier regulaerer Sprachen. Dabei handelt es sich um die Aufgabe, zu einer gegebenen sternfreien regulaeren Sprache die minimal moegliche Anzahl von Wechseln zwischen den Operationen Konkatenation einerseits und Durchschnitt, Vereinigung, Komplement andererseits in einem sternfreien regulaeren Ausdruck fuer die gegebene Sprache zu bestimmen. Diese Frage wurde 1971 erstmals aufgeworfen (Brzozowski/Cohen) und gilt neben dem Problem der erweiterten Sternhoehe als eine der schwierigsten offenen Fragen der Theorie der regulaeren Sprachen. Formal fassen laesst sich das Problem der Punkttiefe durch Hierarchien von Klassen sternfreier regulaerer Sprachen B(0), B(1/2), B(1), B(3/2),...sowie L(0), L(1/2), L(1), L(3/2),.... die - ausgehend von einzelnen Buchstaben - mittels Alternierung zwischen Konkatenation und Booleschen Operationen definiert sind. Die Frage nach der Punkttiefe wird hier zur Frage nach der Entscheidbarkeit der Hierarchieklassen. In der Arbeit werden neue Fortschritte mittels sogenannter Verbotsmuster erzielt. Bei diesem Ansatz werden Klassen regulaerer Sprachen dadurch charakterisiert, dass in den zugehoerigen endlichen Automaten bestimmte Muster (Teilgraphen des Ueberfuehrungsgraphen) verboten werden. Gelingt eine solche Charakterisierung, folgt unmittelbar die Entscheidbarkeit der Klasse, da das Nichtvorhandensein eines Musters in einem gegebenen endlichen Automaten effektiv geprueft werden kann. Bisher war die Entscheidbarkeit von B(0), B(1/2), B(1) und L(0), L(1/2), L(1), L(3/2) bekannt. Mit Hilfe von Verbotsmustern erfolgt eine genaue Untersuchung dieser Klassen, die zu neuen Erkenntnissen ueber ihre innere Struktur fuehrt. Darueberhinaus gelingt der Nachweis der Entscheidbarkeit von B(3/2). Basierend auf diesen Ergebnissen wird eine Theorie der Verbotsmusteriteration entwickelt, die zur Einfuehrung von zwei neuen Hierarchien sternfreier regulaerer Sprachen fuehrt. Diese neuen Hierarchien sind zum einen entscheidbar, zum anderen stehen sie in enger Beziehung zu den Klassen B(n) und L(n). Es bleibt an dieser Stelle eine offene Frage, ob sie eventuell sogar mit ihnen uebereinstimmen. Fuer diese Vermutung werden einige Indizien gesammelt und somit ein neuer Weg fuer eine moegliche Loesung des Problems der Punkttiefe aufgezeigt. In diesem Zusammenhang erfolgt auch erstmals der Nachweis der Entscheidbarkeit der Klasse L(5/2) im eingeschraenkten Fall eines zweielementigen Alphabets.
KW  - Sternfreie Sprache
KW  - Dot-Depth-Hierarchie
KW  - Straubing-Th´erien-Hierarchie
KW  - Verbotenes Muster
KW  - Theoretische Informatik
KW  - reguläre Sprachen
KW  - endliche Automaten
KW  - Dot-Depth Problem
KW  - Entscheidbarkeit
KW  - Verbotsmuster
KW  - Theoretical Computer Science
KW  - regular languages
KW  - finite automata
KW  - dot-depth problem
KW  - decidability
KW  - forbidden patterns
Y1  - 2000
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-2832
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schmidt, Marco
T1  - Ground Station Networks for Efficient Operation of Distributed Small Satellite Systems
T1  - Effizienter Betrieb von Verteilten Kleinsatelliten-Systemen mit Bodenstationsnetzwerken
N2  - The field of small satellite formations and constellations attracted growing attention, based on recent advances in small satellite engineering. The utilization of distributed space systems allows the realization of innovative applications and will enable improved temporal and spatial resolution in observation scenarios. On the other side, this new paradigm imposes a variety of research challenges. In this monograph new networking concepts for space missions are presented, using networks of ground stations. The developed approaches combine ground station resources in a coordinated way to achieve more robust and efficient communication links. Within this thesis, the following topics were elaborated to improve the performance in distributed space missions: Appropriate scheduling of contact windows in a distributed ground system is a necessary process to avoid low utilization of ground stations. The theoretical basis for the novel concept of redundant scheduling was elaborated in detail. Additionally to the presented algorithm was a scheduling system implemented, its performance was tested extensively with real world scheduling problems. In the scope of data management, a system was developed which autonomously synchronizes data frames in ground station networks and uses this information to detect and correct transmission errors. The system was validated with hardware in the loop experiments, demonstrating the benefits of the developed approach.
N2  - Satellitenformationen und Konstellationen rücken immer mehr in den Fokus aktueller Forschung, ausgelöst durch die jüngsten Fortschritte in der Kleinsatelliten-Entwicklung. Der Einsatz von verteilten Weltraumsystemen ermöglicht die Realisierung von innovativen Anwendungen auf Basis von hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung in Observationsszenarien. Allerdings bringt dieses neue Paradigma der Raumfahrttechnik auch Herausforderungen in verschiedenen Forschungsfeldern mit sich. In dieser Dissertation werden neue Netzwerk-Konzepte für Raumfahrtmissionen unter Einsatz von Bodenstationnetzwerken vorgestellt. Die präsentierten Verfahren koordinieren verfügbare Bodenstationsressourcen um einen robusten und effizienten Kommunikationslink zu ermöglichen. In dieser Arbeit werden dabei folgende Themenfelder behandelt um die Performance in verteilten Raumfahrtmissionen zu steigern: Das Verteilen von Kontaktfenster (sogenanntes Scheduling) in verteilten Bodenstationssystem ist ein notwendiger Prozess um eine niedrige Auslastung der Stationen zu vermeiden. Die theoretische Grundlage für das Konzept des redundanten Scheduling wurde erarbeitet. Zusätztlich wurde das Verfahren in Form eines Scheduling Systems implementiert und dessen Performance ausführlich an real-world Szenarien getestet. Im Rahmen des Themenfeldes Data Management wurde ein System entwickelt, welches autonom Datenframes in Bodenstationsnetzwerken synchronisieren kann. Die in den Datenframes enthaltene Information wird genutzt um Übertragungsfehler zu erkennen und zu korrigieren. Das System wurde mit Hardware-in-the-loop Experimenten validiert und die Vorteile des entwickelten Verfahrens wurden gezeigt.
T3  - Forschungsberichte in der Robotik = Research Notes in Robotics - 6 
KW  - Kleinsatellit
KW  - Bodenstation
KW  - Verteiltes System
KW  - Scheduling
KW  - Ground Station Networks
KW  - Small Satellites
KW  - Distributed Space Systems
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-64999
SN  - 978-3-923959-77-8
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schlosser, Daniel
T1  - Quality of Experience Management in Virtual Future Networks
T1  - Netzwerkmanagement unter Berücksichtigung der vom Benutzer erfahrenen Dienstgüte in virtuellen zukünftigen Netzen
N2  - Aktuell beobachten wir eine drastische Vervielfältigung der Dienste und Anwendungen, die das Internet für den Datentransport nutzen. Dabei unterscheiden sich die Anforderungen dieser Dienste an das Netzwerk deutlich. Das Netzwerkmanagement wird durch diese Diversität der nutzenden Dienste aber deutlich erschwert, da es einem Datentransportdienstleister kaum möglich ist, die unterschiedlichen Verbindungen zu unterscheiden, ohne den Inhalt der transportierten Daten zu analysieren. Netzwerkvirtualisierung ist eine vielversprechende Lösung für dieses Problem, da sie es ermöglicht für verschiedene Dienste unterschiedliche virtuelle Netze auf dem gleichen physikalischen Substrat zu betreiben. Diese Diensttrennung ermöglicht es, jedes einzelne Netz anwendungsspezifisch zu steuern. Ziel einer solchen Netzsteuerung ist es, sowohl die vom Nutzer erfahrene Dienstgüte als auch die Kosteneffizienz des Datentransports zu optimieren. Darüber hinaus wird es mit Netzwerkvirtualisierung möglich das physikalische Netz so weit zu abstrahieren, dass die aktuell fest verzahnten Rollen von Netzwerkbesitzer und Netzwerkbetreiber entkoppelt werden können. Darüber hinaus stellt Netzwerkvirtualisierung sicher, dass unterschiedliche Datennetze, die gleichzeitig auf dem gleichen physikalischen Netz betrieben werden, sich gegenseitig weder beeinflussen noch stören können. Diese Arbeit  beschäftigt sich mit ausgewählten Aspekten dieses Themenkomplexes und fokussiert sich darauf, ein virtuelles Netzwerk mit bestmöglicher Dienstqualität für den Nutzer zu betreiben und zu steuern. Dafür wird ein Top-down-Ansatz gewählt, der von den Anwendungsfällen, einer möglichen Netzwerkvirtualisierungs-Architektur und aktuellen Möglichkeiten der Hardwarevirtualisierung ausgeht. Im Weiteren fokussiert sich die Arbeit dann in Richtung Bestimmung und Optimierung der vom Nutzer erfahrenen Dienstqualität (QoE) auf Applikationsschicht und diskutiert Möglichkeiten zur Messung und Überwachung von wesentlichen Netzparametern in virtualisierten Netzen.
N2  - Currently, we observe a strong growth of services and applications, which use the Internet for data transport. However, the network requirements of these applications differ significantly. This makes network management difficult, since it complicated to separate network flows into application classes without inspecting application layer data. Network virtualization is a promising solution to this problem. It enables running different virtual network on the same physical substrate. Separating networks based on the service supported within allows controlling each network according to the specific needs of the application. The aim of such a network control is to optimize the user perceived quality as well as the cost efficiency of the data transport. Furthermore, network virtualization abstracts the network functionality from the underlying implementation and facilitates the split of the currently tightly integrated roles of Internet Service Provider and network owner. Additionally, network virtualization guarantees that different virtual networks run on the same physical substrate do not interfere with each other. This thesis discusses different aspects of the network virtualization topic. It is focused on how to manage and control a virtual network to guarantee the best Quality of Experience for the user. Therefore, a top-down approach is chosen. Starting with use cases of virtual networks, a possible architecture is derived and current implementation options based on hardware virtualization are explored. In the following, this thesis focuses on assessing the Quality of Experience perceived by the user and how it can be optimized on application layer. Furthermore, options for measuring and monitoring significant network parameters of virtual networks are considered.
T3  - Würzburger Beiträge zur Leistungsbewertung Verteilter Systeme - 01/12 
KW  - Netzwerkmanagement
KW  - Dienstgüte
KW  - Netzwerkvirtualisierung
KW  - QoS
KW  - QoE
KW  - Network Virtualization
KW  - Quality of Experience
KW  - Network Management
KW  - Quality of Service
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-69986
ER  - 
TY  - THES
A1  - Sauer, Markus
T1  - Mixed-Reality for Enhanced Robot Teleoperation
T1  - Mixed-Reality zur verbesserten Fernbedienung von Robotern
N2  - In den letzten Jahren ist die Forschung in der Robotik soweit fortgeschritten, dass die Mensch-Maschine Schnittstelle zunehmend die kritischste Komponente für eine hohe Gesamtperformanz von Systemen zur Navigation und Koordination von Robotern wird. In dieser Dissertation wird untersucht wie Mixed-Reality Technologien für Nutzerschnittstellen genutzt werden können, um diese Gesamtperformanz zu erhöhen. Hierzu werden Konzepte und Technologien entwickelt, die durch Evaluierung mit Nutzertest ein optimiertes und anwenderbezogenes Design von Mixed-Reality Nutzerschnittstellen ermöglichen. Er werden somit sowohl die technische Anforderungen als auch die menschlichen Faktoren für ein konsistentes Systemdesign berücksichtigt. Nach einer detaillierten Problemanalyse und der Erstellung eines Systemmodels, das den Menschen als Schlüsselkomponente mit einbezieht, wird zunächst die Anwendung der neuartigen 3D-Time-of-Flight Kamera zur Navigation von Robotern, aber auch für den Einsatz in Mixed-Reality Schnittstellen analysiert und optimiert. Weiterhin wird gezeigt, wie sich der Netzwerkverkehr des Videostroms als wichtigstes Informationselement der meisten Nutzerschnittstellen für die Navigationsaufgabe auf der Netzwerk Applikationsebene in typischen Multi-Roboter Netzwerken mit dynamischen Topologien und Lastsituation optimieren lässt. Hierdurch ist es möglich in sonst in sonst typischen Ausfallszenarien den Videostrom zu erhalten und die Bildrate zu stabilisieren. Diese fortgeschrittenen Technologien werden dann auch dem entwickelten Konzept der generischen 3D Mixed Reality Schnittselle eingesetzt. Dieses Konzept ermöglicht eine integrierte 3D Darstellung der verfügbaren Information, so dass räumliche Beziehungen von Informationen aufrechterhalten werden und somit die Anzahl der mentalen Transformationen beim menschlichen Bediener reduziert wird. Gleichzeitig werden durch diesen Ansatz auch immersive Stereo Anzeigetechnologien unterstützt, welche zusätzlich das räumliche Verständnis der entfernten Situation fördern. Die in der Dissertation vorgestellten und evaluierten Ansätze nutzen auch die Tatsache, dass sich eine lokale Autonomie von Robotern heute sehr robust realisieren lässt. Dies wird zum Beispiel zur Realisierung eines Assistenzsystems mit variabler Autonomie eingesetzt. Hierbei erhält der Fernbediener über eine Kraftrückkopplung kombiniert mit einer integrierten Augmented Reality Schnittstelle, einen Eindruck über die Situation am entfernten Arbeitsbereich, aber auch über die aktuelle Navigationsintention des Roboters. Die durchgeführten Nutzertests belegen die signifikante Steigerung der Navigationsperformanz durch den entwickelten Ansatz. Die robuste lokale Autonomie ermöglicht auch den in der Dissertation eingeführten Ansatz der prädiktiven Mixed-Reality Schnittstelle. Die durch diesen Ansatz entkoppelte Regelschleife über den Menschen ermöglicht es die Sichtbarkeit von unvermeidbaren Systemverzögerungen signifikant zu reduzieren. Zusätzlich können durch diesen Ansatz beide für die Navigation hilfreichen Blickwinkel in einer 3D-Nutzerschnittstelle kombiniert werden – der exozentrische Blickwinkel und der egozentrische Blickwinkel als Augmented Reality Sicht.
N2  - With the progress in robotics research the human machine interfaces reach more and more the status of being the major limiting factor for the overall system performance of a system for remote navigation and coordination of robots. In this monograph it is elaborated how mixed reality technologies can be applied for the user interfaces in order to increase the overall system performance. Concepts, technologies, and frameworks are developed and evaluated in user studies which enable for novel user-centered approaches to the design of mixed-reality user interfaces for remote robot operation. Both the technological requirements and the human factors are considered to achieve a consistent system design. Novel technologies like 3D time-of-flight cameras are investigated for the application in the navigation tasks and for the application in the developed concept of a generic mixed reality user interface. In addition it is shown how the network traffic of a video stream can be shaped on application layer in order to reach a stable frame rate in dynamic networks. The elaborated generic mixed reality framework enables an integrated 3D graphical user interface. The realized spatial integration and visualization of available information reduces the demand for mental transformations for the human operator and supports the use of immersive stereo devices. The developed concepts make also use of the fact that local robust autonomy components can be realized and thus can be incorporated as assistance systems for the human operators. A sliding autonomy concept is introduced combining force and visual augmented reality feedback. The force feedback component allows rendering the robot's current navigation intention to the human operator, such that a real sliding autonomy with seamless transitions is achieved. The user-studies prove the significant increase in navigation performance by application of this concept. The generic mixed reality user interface together with robust local autonomy enables a further extension of the teleoperation system to a short-term predictive mixed reality user interface. With the presented concept of operation, it is possible to significantly reduce the visibility of system delays for the human operator. In addition, both advantageous characteristics of a 3D graphical user interface for robot teleoperation- an exocentric view and an augmented reality view – can be combined.
T3  - Forschungsberichte in der Robotik = Research Notes in Robotics - 5 
KW  - Mobiler Roboter
KW  - Autonomer Roboter
KW  - Mensch-Maschine-Schnittstelle
KW  - Mixed Reality
KW  - Mensch-Roboter-Interaktion
KW  - Teleoperation
KW  - Benutzerschnittstelle
KW  - Robotik
KW  - Mensch-Maschine-System
KW  - Human-Robot-Interaction
KW  - Teleoperation
KW  - User Interface
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-55083
SN  - 978-3-923959-67-9
ER  - 
TY  - THES
A1  - Saska, Martin
T1  - Trajectory planning and optimal control for formations of autonomous robots
T1  - Die Bahnplanung und die optimale Steuerung für Formationen der autonomen Roboter
N2  - In this thesis, we present novel approaches for formation driving of nonholonomic robots and optimal trajectory planning to reach a target region. The methods consider a static known map of the environment as well as unknown and dynamic obstacles detected by sensors of the formation. The algorithms are based on leader following techniques, where the formation of car-like robots is maintained in a shape determined by curvilinear coordinates. Beyond this, the general methods of formation driving are specialized and extended for an application of airport snow shoveling. Detailed descriptions of the algorithms complemented by relevant stability and convergence studies will be provided in the following chapters. Furthermore, discussions of the applicability will be verified by various simulations in existing robotic environments and also by a hardware experiment.
N2  - In dieser Arbeit präsentieren wir neuartige Algorithmen für die Steuerung der Formationen der nichtholonomen Roboter und ihre optimale Bahnplanung. Die Algorithmen beruhen auf "leader-follower" Techniken. Die Formationen der "car-like" Roboter sind in einer bestimmten Form von "curvilinear" Koordinaten gehalten. Die Steuerungmethoden der Formationen sind spezialisiert und erweitert um ihre Anwendung auf das Flughafenschneeschaufeln. In dieser Arbeit werden die detaillierten Beschreibungen der Algorithmen durch entsprechende Stabilität- und Konvergenz-Studien gestellt. Ihre Anwendbarkeit wird durch verschiedene Simulationen und eine Hardware-Experiment überprüft.
T3  - Forschungsberichte in der Robotik = Research Notes in Robotics - 3 
KW  - Autonomer Roboter
KW  - Mobiler Roboter
KW  - Optimale Kontrolle
KW  - Formation
KW  - Steuerung
KW  - formation driving
KW  - mobile robots
KW  - snow shoveling
KW  - receding horizon control
KW  - model predictive control
KW  - trajectory planning
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-53175
SN  - 978-3-923959-56-3
ER  - 
TY  - THES
A1  - Reitwießner, Christian
T1  - Multiobjective Optimization and Language Equations
T1  - Mehrkriterielle Optimierung und Sprachgleichungen
N2  - Praktische Optimierungsprobleme beinhalten oft mehrere gleichberechtigte, sich jedoch widersprechende Kriterien. Beispielsweise will man bei einer Reise zugleich möglichst schnell ankommen, sie soll aber auch nicht zu teuer sein. Im ersten Teil dieser Arbeit wird die algorithmische Beherrschbarkeit solcher mehrkriterieller Optimierungsprobleme behandelt. Es werden zunächst verschiedene Lösungsbegriffe diskutiert und auf ihre Schwierigkeit hin verglichen. Interessanterweise stellt sich heraus, dass diese Begriffe für ein einkriterielles Problem stets gleich schwer sind, sie sich ab zwei Kriterien allerdings stark unterscheiden könen (außer es gilt P = NP). In diesem Zusammenhang wird auch die Beziehung zwischen Such- und Entscheidungsproblemen im Allgemeinen untersucht. Schließlich werden neue und verbesserte Approximationsalgorithmen für verschieden Varianten des Problems des Handlungsreisenden gefunden. Dabei wird mit Mitteln der Diskrepanztheorie eine Technik entwickelt, die ein grundlegendes Hindernis der Mehrkriteriellen Optimierung aus dem Weg schafft: Gegebene Lösungen so zu kombinieren, dass die neue Lösung in allen Kriterien möglichst ausgewogen ist und gleichzeitig die Struktur der Lösungen nicht zu stark zerstört wird. Der zweite Teil der Arbeit widmet sich verschiedenen Aspekten von Gleichungssystemen für (formale) Sprachen. Einerseits werden konjunktive und Boolesche Grammatiken untersucht. Diese sind Erweiterungen der kontextfreien Grammatiken um explizite Durchschnitts- und Komplementoperationen. Es wird unter anderem gezeigt, dass man bei konjunktiven Grammatiken die Vereinigungsoperation stark einschränken kann, ohne dabei die erzeugte Sprache zu ändern. Außerdem werden bestimmte Schaltkreise untersucht, deren Gatter keine Wahrheitswerte sondern Mengen von Zahlen berechnen. Für diese Schaltkreise wird das Äquivalenzproblem betrachtet, also die Frage ob zwei gegebene Schaltkreise die gleiche Menge berechnen oder nicht. Es stellt sich heraus, dass, abhängig von den erlaubten Gattertypen, die Komplexität des Äquivalenzproblems stark variiert und für verschiedene Komplexitätsklassen vollständig ist, also als (parametrisierter) Vertreter für diese Klassen stehen kann.
N2  - Practical optimization problems often comprise several incomparable and conflicting objectives. When booking a trip using several means of transport, for instance, it should be fast and at the same time not too expensive. The first part of this thesis is concerned with the algorithmic solvability of such multiobjective optimization problems. Several solution notions are discussed and compared with respect to their difficulty. Interestingly, these solution notions are always equally difficulty for a single-objective problem and they differ considerably already for two objectives (unless P = NP). In this context, the difference between search and decision problems is also investigated in general. Furthermore, new and improved approximation algorithms for several variants of the traveling salesperson problem are presented. Using tools from discrepancy theory, a general technique is developed that helps to avoid an obstacle that is often hindering in multiobjective approximation: The problem of combining two solutions such that the new solution is balanced in all objectives and also mostly retains the structure of the original solutions. The second part of this thesis is dedicated to several aspects of systems of equations for (formal) languages. Firstly, conjunctive and Boolean grammars are studied, which are extensions of context-free grammars by explicit intersection and complementation operations, respectively. Among other results, it is shown that one can considerably restrict the union operation on conjunctive grammars without changing the generated language. Secondly, certain circuits are investigated whose gates do not compute Boolean values but sets of natural numbers. For these circuits, the equivalence problem is studied, i.\,e.\ the problem of deciding whether two given circuits compute the same set or not. It is shown that, depending on the allowed types of gates, this problem is complete for several different complexity classes and can thus be seen as a parametrized) representative for all those classes.
KW  - Mehrkriterielle Optimierung
KW  - Approximationsalgorithmus
KW  - Travelling-salesman-Problem
KW  - Boolesche Grammatik
KW  - Theoretische Informatik
KW  - Komplexitätstheorie
KW  - Boolean Grammar
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-70146
ER  - 
TY  - THES
A1  - Reith, Steffen
T1  - Generalized Satisfiability Problems
T1  - Verallgemeinerte Erfüllbarkeitsprobleme
N2  - In the last 40 years, complexity theory has grown to a rich and powerful field in theoretical computer science. The main task of complexity theory is the classification of problems with respect to their consumption of resources (e.g., running time or required memory). To study the computational complexity (i.e., consumption of resources) of problems, similar problems are grouped into so called complexity classes. During the systematic study of numerous problems of practical relevance, no efficient algorithm for a great number of studied problems was found. Moreover, it was unclear whether such algorithms exist. A major breakthrough in this situation was the introduction of the complexity classes P and NP and the identification of hardest problems in NP. These hardest problems of NP are nowadays known as NP-complete problems. One prominent example of an NP-complete problem is the satisfiability problem of propositional formulas (SAT). Here we get a propositional formula as an input and it must be decided whether an assignment for the propositional variables exists, such that this assignment satisfies the given formula. The intensive study of NP led to numerous related classes, e.g., the classes of the polynomial-time hierarchy PH, P, #P, PP, NL, L and #L. During the study of these classes, problems related to propositional formulas were often identified to be complete problems for these classes. Hence some questions arise: Why is SAT so hard to solve? Are there modifications of SAT which are complete for other well-known complexity classes? In the context of these questions a result by E. Post is extremely useful. He identified and characterized all classes of Boolean functions being closed under superposition. It is possible to study problems which are connected to generalized propositional logic by using this result, which was done in this thesis. Hence, many different problems connected to propositional logic were studied and classified with respect to their computational complexity, clearing the borderline between easy and hard problems.
N2  - In den letzten 40 Jahren hat sich die Komplexitätstheorie zu einem reichen und mächtigen Gebiet innerhalb der theoretischen Informatik entwickelt. Dabei ist die hauptsächliche Aufgabenstellung der Komplexitätstheorie die Klassifikation von Problemen bezüglich des Bedarfs von Rechenzeit oder Speicherplatz zu ihrer Lösung. Um die Komplexität von Problemen (d.h. den Bedarf von Resourcen) einzuordnen, werden Probleme mit ähnlichem Ressourcenbedarf in gleiche sogenannte Komplexitätsklassen einsortiert. Bei der systematischen Untersuchung einer Vielzahl von praktisch relevanten Problemen wurden jedoch keine effizienten Algorithmen für viele der untersuchten Probleme gefunden und es ist unklar, ob solche Algorithmen überhaupt existieren. Ein Durchbruch bei der Untersuchung dieser Problematik war die Einführung der Komplexitätsklassen P und NP und die Identifizierung von schwersten Problemen in NP. Diese schwierigsten Probleme von NP sind heute als sogenannte NP-vollständige Probleme bekannt. Ein prominentes Beispiel für ein NP-vollständiges Problem ist das Erfüllbarkeitsproblem für aussagenlogische Formeln (SAT). Hier ist eine aussagenlogische Formel als Eingabe gegeben und es muss bestimmt werden, ob eine Belegung der Wahrheitswertevariablen existiert, so dass diese Belegung die gegebene Formel erfüllt. Das intensive Studium der Klasse NP führte zu einer Vielzahl von anderen Komplexitätsklassen, wie z.B. die der Polynomialzeithierarchie PH, P, #P, PP, NL, L oder #L. Beim Studium dieser Klassen wurden sehr oft Probleme im Zusammenhang mit aussagenlogischen Formeln als schwierigste (vollständige) Probleme für diese Klassen identifiziert. Deshalb stellt sich folgende Frage: Welche Eigenschaften des Erfüllbarkeitsproblems SAT bewirken, dass es eines der schwersten Probleme der Klasse NP ist? Gibt es Einschränkungen oder Verallgemeinerungen des Erfüllbarkeitsproblems, die vollständig für andere bekannte Komplexitätsklassen sind? Im Zusammenhang mit solchen Fragestellungen ist ein Ergebnis von E. Post von extremem Nutzen. Er identifizierte und charakterisierte alle Klassen von Booleschen Funktionen, die unter Superposition abgeschlossen sind. Mit Hilfe dieses Resultats ist es möglich, Probleme im Zusammenhang mit verallgemeinerten Aussagenlogiken zu studieren, was in der vorliegenden Arbeit durchgeführt wurde. Dabei wurde eine Vielzahl von verschiedenen Problemen, die in Zusammenhang mit der Aussagenlogik stehen, studiert und bezüglich ihrer Komplexität klassifiziert. Dadurch wird die Grenzlinie zwischen einfach lösbaren Problemen und schweren Problemen sichtbar.
KW  - Erfüllbarkeitsproblem
KW  - Komplexitätstheorie
KW  - Boolesche Funktionen
KW  - Isomorphie
KW  - abgeschlossene Klassen
KW  - Zählprobleme
KW  - Computational complexity
KW  - Boolean functions
KW  - Boolean isomorphism
KW  - Boolean equivalence
KW  - Dichotomy
KW  - counting problems
Y1  - 2001
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-74
ER  - 
TY  - THES
A1  - Pries, Jan Rastin
T1  - Performance Optimization of Wireless Infrastructure and Mesh Networks
T1  - Leistungsoptimierung von drahtlosen Infrastruktur und Mesh Netzen
N2  - Future broadband wireless networks should be able to support not only best effort traffic but also real-time traffic with strict Quality of Service (QoS) constraints. In addition, their available resources are scare and limit the number of users. To facilitate QoS guarantees and increase the maximum number of concurrent users, wireless networks require careful planning and optimization. In this monograph, we studied three aspects of performance optimization in wireless networks: resource optimization in WLAN infrastructure networks, quality of experience control in wireless mesh networks, and planning and optimization of wireless mesh networks. An adaptive resource management system is required to effectively utilize the limited resources on the air interface and to guarantee QoS for real-time applications. Thereby, both WLAN infrastructure and WLAN mesh networks have to be considered. An a-priori setting of the access parameters is not meaningful due to the contention-based medium access and the high dynamics of the system. Thus, a management system is required which dynamically adjusts the channel access parameters based on the network load. While this is sufficient for wireless infrastructure networks, interferences on neighboring paths and self-interferences have to be considered for wireless mesh networks. In addition, a careful channel allocation and route assignment is needed. Due to the large parameter space, standard optimization techniques fail for optimizing large wireless mesh networks. In this monograph, we reveal that biology-inspired optimization techniques, namely genetic algorithms, are well-suitable for the planning and optimization of wireless mesh networks. Although genetic algorithms generally do not always find the optimal solution, we show that with a good parameter set for the genetic algorithm, the overall throughput of the wireless mesh network can be significantly improved while still sharing the resources fairly among the users.
N2  - Die Anbindung an das Internet erfolgt zunehmend über drahtlose Netze. Deren Ressourcen sind allerdings limitiert, was die Anzahl der unterstützten Nutzer stark einschränkt. Zudem ist ein Trend dieser Nutzer weg von der Verwendung reiner Datendienste zu Diensten mit Echtzeitanforderungen wie Voice over IP (VoIP) zu erkennen, deren Dienstgüteanforderungen eingehalten werden müssen. Heutige drahtlose Zugangsnetze sind jedoch nur für den herkömmlichen Datenverkehr ausgelegt. Der IEEE 802.11 WLAN Standard unterscheidet zwar zwischen verschiedenen Dienstklassen, gibt aber keine Dienstgütegarantien. Um die Dienstgüte (Quality of Service, QoS), bzw. die vom Nutzer erfahrene Dienstgüte (Quality of Experience, QoE) zu garantieren, müssen die zukünftigen drahtlosen Netze daher sorgfältig geplant und optimiert werden. Um die limitierten Ressourcen auf der Luftschnittstelle effektiv zu nutzen und um Dienstgüteanforderungen für Echtzeitanwendungen einzuhalten, bedarf es eines adaptiven Ressourcenmanagements. Dabei sind sowohl drahtlose Infrastruktur, als auch drahtlose Mesh-Netze zu betrachten. Durch den randomisierten Medienzugriff und die hohe Dynamik im System ist eine a-priori Wahl der Zugangsparameter nicht sinnvoll. Vielmehr wird ein Managementsystem benötigt, das die Zugangsparameter dynamisch in Abhängigkeit der Last in einem Netz wählt. Während dies für drahtlose Infrastrukturnetze ausreicht, müssen in drahtlosen Mesh-Netzen zusätzlich noch Interferenzen von Nachbarpfaden und Eigeninterferenzen berücksichtigt werden. Desweiteren ist eine sorgfältige Planung der Kanalzuweisung und des Routings notwendig, um einerseits den Durchsatz in drahtlosen Mesh-Netzen zu maximieren und andererseits die Ressourcen fair zwischen den Stationen aufzuteilen. Da es dabei eine Vielzahl von Parametern zu berücksichtigen gilt, sind neue Optimierungsmethoden notwendig, die es ermöglichen, auch große Mesh-Netze in annehmbarer Zeit zu planen und zu optimieren. Diese Doktorarbeit arbeitet die folgenden drei Optimierungsmöglichkeiten für drahtlose Zugangsnetze aus: Optimierung der Zugangsparameter in drahtlosen Infrastrukturnetzen, Optimierung von drahtlosen Mesh-Netzen unter Berücksichtigung der QoE und Planung und Optimierung von drahtlosen Mesh-Netzen mit Berücksichtigung einer fairen Ressourcenallokation. Die Ergebnisse und Untersuchungen dieser Arbeit gliedern sich entsprechend dieser Optimierungsmöglichkeiten.
T3  - Würzburger Beiträge zur Leistungsbewertung Verteilter Systeme - 01/10 
KW  - IEEE 802.11
KW  - Leistungsbewertung
KW  - Optimierung
KW  - Dienstgüte
KW  - Netzplanung
KW  - Drahtloses lokales Netz
KW  - WLAN
KW  - Mesh Netze
KW  - Genetische Optimierung
KW  - WLAN
KW  - Optimization
KW  - Mesh Networks
KW  - Genetic Optimization
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-46097
ER  -