004 Informatik
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This paper investigates four different mobile robots with respect to their drivingcharacteristics and soil preservation properties in an agricultural environment.Thereby, robots of classical design from agriculture as well as systems from spacerobotics with advanced locomotion concepts are considered to determine theindividual advantages of each rover concept with respect to the application domain.Locomotion experiments were conducted to analyze the general driving behavior,tensile force, and obstacle‐surmounting capability and ground interaction of eachrobot. Various soil conditions typical for the area of application are taken intoaccount, which are varied in terms of moisture and density. The presented workcovers the specification of the conducted experiments, documentation of theimplementation as well as analysis and evaluation of the collected data. In theevaluation, particular attention is paid to the change in driving characteristics underdifferent soil conditions, as well as to the soil stress caused by driving, since soilquality is of critical importance for agricultural applications. The analysis shows thatthe advanced locomotion concepts, as used in space robotics, also have positiveimplications for certain requirements in agricultural applications, such as maneuver-ability in wet conditions and soil conservation. The results show potential for designinnovations in agricultural robotics that can be used, to open up new fields ofapplication for instance in the context of precision farming.
The 3GPP release 16 integrates TSN functionality into 5G and standardizes various options for TSN time synchronization over 5G such as transparent mode and bridge mode. The time domains for the TSN network and the 5G network are kept separate with an option to synchronize either of the networks to the other. The TSN time synchronization over 5G is possible either by using the IEEE 1588 generalized Precision Time Protocol (gPTP) based on UDP/IP multicast or via IEEE 802.1AS based on Ethernet PDUs. The INET and Simu5G simulation frameworks, which are both based on the OMNeT++ discrete event simulator, are widely used for simulating TSN and 5G networks. The INET framework comprises the 802.1AS based time synchronization mechanism, and Simu5G provides the 5G user plane carrying IP PDUs. We modified the 802.1AS-based synchronization model of INET so that it works over UDP/IP. With that, it is possible to synchronize TSN slaves (connected to 5G UEs), across a 5G network, with a TSN master clock, present within a TSN network, that is connected to the 5G core network. Our simulation results show that 500 microseconds of synchronization accuracy can be achieved with the corrected asymmetric propagation delay of uplink and downlink between the gNodeB (gNB) and the User Equipment (UE). Furthermore, the synchronization accuracy can be improved if the delay difference between uplink and downlink is known.
Recent real-time networking developments have enabled ultra reliability, very low latency and high data rates in wired networks. Wireless networking developments have also shown that they can achieve very high data rates with consistency, but they still lack in providing ultra reliability and extremely low latency. Time Sensitive Networking (TSN) developments have brought these capabilities in Industry automation and Automotive industry too. Although TSN is standardized for wired networks for a long time, for wireless networks it will be standardized within the IEEE 802.11be standard for Wi-Fi and 3GPP Release 17 for 5G in the near future. This paper provides an overview of TSN in wired and wireless networks with the aim of comparing different simulators and presenting their offered functionality and shortcomings. These tools can be used to make oneself familiar with TSN algorithms, standards, and for the development and testing of time sensitive networks. Afterwards, the paper discusses open research questions for using TSN over wireless networks.
This paper presents a framework for OMNeT++ which includes time synchronization model for WLANs. Synchronization is based on the Generalized Precision Time Protocol (gPTP) standard, which aims to achieve an accuracy of less than 100 nanoseconds. The presented model is developed and implemented in OMNeT++, a discrete event network simulator, using its INET library. A new type of WLAN node is modeled which supports time synchronization at the Link layer. A clock module for WLAN nodes is also modeled which implements variable clock drift to simulate noise interference in clock frequency oscillators. Simulations with our WLAN nodes are done and the results show that using gPTP based time synchronization in wireless networks, accuracy of ±3ns can be achieved.
Long Range Wide Area Network (LoRaWAN) operates in the ISM band with 868 MHz, where the Time on Air (ToA) is regulated in the EU to 1 %. LoRaWAN nodes use the Adaptive Data Rate (ADR) algorithm to adapt their data rates during operation. The standard ADR algorithm works well with stationary nodes, however is very slow in the adaptation for mobile nodes. This paper introduces a new ADR algorithm for LoRaWAN that is supported by higher level meta-data for sensor streams, namely Quality of Information (QoI). With the help of QoI it is possible to provide additional information to the new ADR algorithm, reducing the convergence time and thus improving the Packet Delivery Ratio (PDR) of data from mobile sensor nodes. The new algorithm requires only modifications on network server side and keeps backwards compatibility with LoRaWAN nodes. Results show a significant better PDR compared to the standard ADR in scenarios with a limited number of mobile nodes.
Auf vielen Landmaschinen wird der CAN-Bus zur Übertragung von Daten zwischen Sensoren, Aktoren und Steuergeräten genutzt. Anwendungen wie Rückfahrkameras und Bird-ViewAnzeigen erfordern in der Regel zusätzliche, breitbandige Kommunikationskanäle. Dieser Beitrag untersucht, inwieweit ein gemeinschaftliches Kommunikationsmedium auf Basis von Ethernet zur Realisierung aktueller und zukünftiger Anwendungen auf Landmaschinen genutzt werden kann. Zusätzlich wird der Einsatz aktueller Technologien wie Audio/Video Bridging, Time-Sensitive Networking und Wifi auf einem Landmaschinengespann untersucht und bewertet.
Analysis of methods for prioritizing critical data transmissions in agricultural vehicular networks
(2020)
Applying wireless communication technologies to agricultural vehicular networks often results in high end-to-end delays and loss of packets due to intermittent or broken connectivity. This paper analyses the methods for the successful delivery of the vehicular data within acceptable delay times. Different kinds of data that are generated and transmitted in agricultural networks are considered in this paper, followed by the data prioritization methods which allow critical data to be prioritized against other data. In this regard, Enhanced Distributed Channel Access, Differentiated Services, and application-based data rate variation are discussed in conjunction with the Simple Network Management Protocol. These techniques are simulated or tested separately and then together and the results show that even in poor network conditions, high-prioritized data is not lost or delayed.
Die Digitalisierung des Bodenbeprobungsverfahrens mit einer automatisierten Generierung einer Düngeempfehlung auf Grundlage der analysierten Bodennährstoffgehalte – direkt nach Beendigung der Bodenbeprobung auf dem Acker – ist ein übergeordnetes Ziel bei der Nutzung des mobilen Feldlabors „soil2data“. Neben den Bodennährstoffanalyse-Ergebnissen sind für die Umsetzung einer automatisierten generierten Düngeempfehlung weitere Informationen notwendig.
Die Quellen dieser Informationen haben einen unterschiedlichen Ursprung. Es sind Daten aus verschiedenen Quellen vom Bewirtschafter, von Dienstleistern und vom mobilen Feldlabor, welche miteinander verknüpft und synchronisiert werden müssen. Für einen automatisierten Prozessablauf zur Generierung einer Düngeempfehlung ist die Datenorganisation eine essenzielle Voraussetzung. Die Grundlage der Empfehlung sind die Tabellenwerke der offiziellen Düngeempfehlung, die bei den für die Düngung zuständigen Behörden der Bundesländer vorliegen. In dieser Publikation werden die notwendigen Daten und der Prozessdatenfluss für die Bodenbeprobung und Düngeempfehlung-Generierung beschrieben und grafisch dargestellt.
Anwendungen wie ChatGPT oder WOMBO Dream machen es leicht, Studierende ohne Programmierkenntnisse für die Anwendung von künstlicher Intelligenz (KI) zu begeistern. Deshalb sind angesichts der zunehmenden Bedeutung von KI in allen Disziplinen innovative Strategien erforderlich, um Studierende ohne Programmierkenntnisse so auszubilden, dass die Anwendung von KI als Future Skill in die Studienmodule integriert werden kann. In diesem Artikel wird ein didaktisches Planungsraster für angewandte KI vorgestellt. Es orientiert sich am Prozess der KI-Programmierung (KI-Anwendungspipeline) und verknüpft KI-Konzepte mit studienrelevanten Themen. Diese Verknüpfung eröffnet einen neuen Lösungsraum und fördert das Interesse und das Verständnis für die Potenziale und Risiken von KI bei den Studierenden. Anhand einer Beispielvorlesungsreihe für Studierende der Energiewirtschaft wird gezeigt, wie KI nahtlos in den Unterricht integriert werden kann. Dafür wird das Planungsraster für angewandte KI an die Fachvorlesung angepasst. Dadurch können die Studierenden eine fachspezifische Aufgabenstellung Schritt für Schritt mit der KI-Anwendungspipeline lösen. So zeigt die Anwendung des didaktischen Planungsrasters für angewandte KI die praktische Umsetzung der theoretischen Konzepte der KI. Darüber hinaus wird eine Checkliste vorgestellt, anhand derer beurteilt werden kann, ob KI in der entsprechenden Vorlesung eingesetzt werden kann. KI als Future Skill muss von den Studierenden anhand von Anwendungsfällen erlernt werden, die für das Studienfach relevant sind. Aus diesem Grund sollte sich die KI-Ausbildung nahtlos in verschiedene Curricula einfügen lassen, auch wenn die Studierenden aufgrund ihres Studienfachs keinen Programmierhintergrund haben.