Fakultät IuI
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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.
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.
Im Modul Algorithmen und Datenstrukturen ist das Inverted Classroom Modell mit der Scrum-Methodik kombiniert. Die Studierenden erarbeiten die Inhalte des Moduls im Lernmanagementsystem mithilfe von Videoaufzeichnungen, digitalem Skript und interaktiven Übungseinheiten. Der Wegfall der klassischen Vorlesung ermöglicht mehr Zeit zur Beantwortung von Fragen, Diskussionen sowie der Reflexion des Erlernten durch Hörsaal-Quizze. Die Themen der Veranstaltung werden vorgegeben, aber die Bearbeitung erfolgt individuell und die Studierenden gestalten ihre eigenen Lernprozesse. Theorie und Praxis der Veranstaltung werden analog zur Scrum-Methodik in mehrwöchigen Sprints im Team bearbeitet. Die Aufgaben sind in den Kontext einer virtuellen Betriebssystemumgebung eingebettet und bauen aufeinander auf. Das Softwareprojekt wird hierzu als GitLab-Repository zur Verfügung gestellt. Die Verwendung von Git und integrierten Test-Routinen entsprechen einer realitätsnahen Vorgehensweise, wie sie in der Softwareentwicklung allgemein gängige Praxis ist.
Der Beitrag beschreibt als Werkstattbericht die Kombination des Inverted Classroom Modells mit der agilen Entwicklungsmethodik von Scrum zu einem Veranstaltungskonzept für ein Grundlagenfach der Informatik. Neben der fachspezifischen Lehre wird dadurch das Vorgehen die in der Informatik immer wichtiger werdende agile Entwicklungsmethodik zum überfachlichen Kompentenzerwerb adressiert. Der Beitrag stellt die Umsetzung der agilen Lehrmethodik vor und gibt erste Rückmeldungen aus Sicht von Studierenden und Lehrenden.
Der Beitrag beschreibt das Veranstaltungskonzept ICMScrum, welches die Ideen des Inverted Classroom mit Elementen aus Scrum kombiniert. Beginnend mit Anforderungen des aktuellen und zukünftigen Arbeitsmarktes werden die zentralen Elemente der Methodik anhand eines praktizierten Beispiels vorgestellt und kritisch diskutiert.
Der Beitrag beschreibt die Entwicklung eines Inverted Classroom Konzeptes für ein Informatik-Grundlagenfach an einer Hochschule. Basierend auf Vorlesungsaufzeichnungen und Vorlesungsskript wurde hierbei besonderes Augenmerk auf die Gestaltung der gemeinsamen Präsenzzeit zwischen Studierenden und Lehrenden gelegt. Durch zahlreiche aktivierende Elemente sind die Studierenden hierbei gefordert, ihren Lernprozess selbst zu gestalten, um somit über die fachlichen Kompetenzen des Faches hinaus auch überfachliche Kompetenzen, wie beispielsweise Kommunikations- und Kooperationskompetenz, Selbstlernkompetenz und Eigenverantwortung zu trainieren.
Die Anforderungen an zukünftige Teilnehmende eines Arbeitsmarktes verändern sich. Das von Frithjof Bergmann begründete Prinzip der Neuen Arbeit (Bergmann, 2004) ist aktuell Gegenstand zahlreicher Diskussionen und Debatten über aktuelle und zukünftige Arbeitswelten. Die sich daraus ergebenden Kompetenzanforderungen passen mit der Lehre in Hochschulen wenig zusammen. Zunehmend werden agile Lernszenarien diskutiert.
Das Inverted Classroom Modell (ICM) erfreut sich seit einigen Jahren großer Beliebtheit in der Hochschullehre. Aus Studierendensicht ist die Teilnahme an einer ICM-Veranstaltung aber eine Herausforderung. Für ein erfolgreiches Lernen sind insbesondere personale Kompetenzen wie Selbstmotivation, Durchhaltevermögen und Selbstregulationskompetenz erforderlich (Pöpel & Morisse, 2019). Um diesem Umstand entgegenzuwirken, wurde vom Autor ICM mit Ideen aus Scrum für eine Informatik-Lehrveranstaltung kombiniert (siehe auch (Morisse & Heidemann, 2021)). Die Wirkung von Scrum kann sich nur entfalten, wenn die Arbeit in einzelne Sprints aufgeteilt wird und bei der Bearbeitung der Sprints auch die eigene Zusammenarbeit im Rahmen einer Retrospektive kritisch reflektiert wird. Zu diesem Zweck wird der gesamte Inhalt der Lehrveranstaltung in eine Anzahl von thematischen Blöcken aufgeteilt, die als Lehr- und Lerninhalte für die Lern-Sprints der Scrum-Umsetzung werden. Für jeden Themenblock müssen die theoretischen Inhalte erarbeitet sowie eine eigenständige Zusammenfassung formuliert werden. Ergänzend dazu wurde ein Software-Produkt definiert, in dessen Rahmen die theoretischen Inhalte einfließen konnten.
Die Durchführung eines Reviews und einer Retrospektive schließen bei Scrum einen Sprint ab. Genau dies lässt sich auch im Hochschulkontext sehr gut als Feedback-Instrument durchführen. Das Review bestand in der Inspektion der entwickelten Software. Mit der Retrospektive wird die eigene Zusammenarbeit im Team kritisch reflektiert. Ein besonderes Augenmerk verdient der kommunikative Stil zwischen Lehrenden und Studierenden. Bei einem Veranstaltungskonzept, welches getragen wird von Interaktion und Diskussion, kommt einer empathischen und wertschätzenden Kommunikation eine besondere Bedeutung zu. Das dies in der vorgestellten Veranstaltung scheinbar gelungen ist, zeigt das Zitat eines der teilnehmenden Studierenden „Ich freue mich immer auf die Review-Termine“. Zur Erinnerung: Das Review ist der Termin zur Vorstellung des erreichten Ergebnisses, also eher ein Prüfungs-Setting, bei dem Studierende ihre Arbeit präsentieren. Weitere positive Resonanzmerkmale durch die Studierenden waren die hoffnungsvollen Fragen, ob denn die Veranstaltungen im kommenden Semester auch nach ICMScrum organisiert sind.
Das Interesse am Lehrkonzept des Inverted Classroom (ICM) erfreut sich in den letzten Jahren zunehmender Beliebtheit und mit Beginn der Corona-Pandemie und dem damit verbundenen Umstieg auf Online-gestützt Lehrformate ist es noch einmal deutlich gestiegen. Beim ICM wird die Phase der Wissensvermittlung aus der Präsenzphase der traditionellen Lehrveranstaltung umgedreht: Was bisher während der gemeinsamen Veranstaltungszeit präsentiert wurde, wird nun über Texte, Videos u.a. in eine vorgelagerte Selbstlernphase aus der Veranstaltungszeit ausgelagert. Die gemeinsame Präsenzzeit wird für aktives Lernen, Vertiefung, Diskussion oder andere aktive Formate genutzt. Das Inverted Classroom Modell wird Disziplin- und veranstaltungsübergreifend in der Lehre sowohl in Schulen wie auch Hochschulen genutzt.
Die von Sutherland und Schwaber entwickelte Scrum-Methodik ist ein etabliertes Vorgehensmodell in der Software-Entwicklung und dem Projektmanagement. Scrum bietet durch definierte Rollen, Artefakte und Ereignisse einen Rahmen in dem inkrementell an der Entwicklung eines Produktes gearbeitet werden kann. Diese Inkremente werden in Arbeitszyklen (Sprints) erarbeitet, bei denen die stetige Verbesserung des Produktes und der Arbeitsweise im Fokus stehen. Mit eduScrum oder Scrum4Schools wird Scrum in die Lehre übertragen.
Es liegt auf der Hand, dass sich die Konzepte des ICM und Scrum sehr gut ergänzen und die Scrum Methodik einen formalen Rahmen für ICM bieten kann.
Der Beitrag beschreibt die Umsetzung dieser Kombination agiler Methodiken aus Scrum im Kontext des Inverted Classroom in einer Informatik-Grundlagenveranstaltung an der Hochschule Osnabrück.
Wie können wir die Lehre heute gestalten, wenn wir nicht wissen, was morgen gebraucht wird?
Unter dieser Perspektive werden aktuelle Herausforderungen und Chancen universitärer Bildung betrachtet. Ausgehend von einer höheren organisatorischen Perspektive übergehend zu der Mikroperspektive einer einzelnen Lehrveranstaltung. Die Rolle von generativen KI-Systemen wird betrachtet.
Der Begriff New Learning im Kontext von New Work wird aufgegriffen und in Anlehnung an das Agile Manifesto der SW-Entwicklung wird ein agiles Manifest für die Lehre formuliert. Dieses wird in den Zusammenhang mit den sog. Zukunftskompetenzen oder Future Skills gebracht.
The effects of reaction parameters on Hurn:xwiley:23670932:media:cptc202000216:cptc202000216-math-0001 production from ethanol photocatalysis in the gas phase have been investigated. The photocatalytic activity evolves from an early mass‐transfer limited regime to an independent one at later irradiation times, which is interpreted in terms of a photocatalytic site activity distribution. Ethanol molar fraction exhibits two different domains, with Hurn:xwiley:23670932:media:cptc202000216:cptc202000216-math-0002 production increasing up to a molar fraction of 0.12, beyond which it plateaus. Hurn:xwiley:23670932:media:cptc202000216:cptc202000216-math-0003 :AcH ratios are very sensitive to reaction conditions, reaching 1.8 at low reactant flows. UV light is converted to Hurn:x-wiley:23670932:media:cptc202000216:cptc202000216-math-0004 with an efficiency of nearly 3 %.
The energy transition involves various challenges. One key aspect is the decentralization of power generation, which requires new actors. In order to integrate these into the system in the best possible way, there are various approaches e.g. in cooperation in citizens' initiatives or cooperatives (Dorniok, 2016).
Cooperation in general can enable the implementation of certain business models or can increase profitability by the exploitation of economies of scale (Skovsgaard & Jacobsen, 2017; Theurl, 2010). Synergy effects result from the utilization of know-how, different technologies or resources of the partners involved to complement the own competencies and services (Eggers & Engelbrecht, 2005; Sander, 2009). Cooperation exists in various industries and enable the participating companies to compensate their size-related resource deficits (Glaister & Buckley, 1996; Todeva & Knoke, 2005). This creates the opportunity to develop innovations, open up new markets, exploit newly created economies of scale and share costs and risks (Franco & Haase, 2015). In agriculture, cooperation in the form of cooperatives have been of essential importance for a long time, especially with the aim of exploiting synergy effects (Bareille et al., 2017). In the field of renewable energy development, cooperation in form of citizen cooperatives make a significant contribution to the participation of citizens in political, social and financial aspects of the energy transition (Huybrechts & Mertens, 2014). Energy cooperatives are frequently discussed as a potential actor in the energy transition and are increasingly being established to advance the common interests of stakeholders. For example, the joint operation of decentralized power generation plants can involve new actors in the energy transition through regional cooperation (Walk, 2014).
Existing biogas plants in Germany need new business models after the 20-year Renewable Energy Sources Act feed-in tariff expires. For continued operation, a business model innovation is needed, which can be realized based on the different technical utilization pathways. Cooperation can have a significant impact on the profitability of the different business models, especially by exploiting synergy effects (Karlsson et al., 2019). In addition, cooperation can help to ensure that existing plants continue to operate at all.
Currently, the most widespread use of biogas in Germany is in the coupled generation of electricity and heat. Additionally, there is the possibility of upgrading biogas to biomethane or biogenic hydrogen path (Mertins & Wawer, 2022).
Different options for cooperative business models that exist in the biogas utilization pathways are presented. The focus is on explaining the advantages of a joint approach compared to single-farm business models and identifying the relevant actors. Subsequently, drivers and barriers for the different cooperative business models are identified and classified based on 20 semi-structured interviews with plant operators in the administrative district of Osnabrück. The aim is to identify drivers and barriers for cooperative post-EEG operation. As a result, political instruments are to be found that make it possible to involve relevant actors and thus stimulate the best possible continued operation from the point of view of the energy system. The results are structured according to the PESTEL analysis. This assigns drivers and barriers to the categories political, economic, sociocultural, technological, ecological and legal (Kaufmann, 2021). The analysis of the interviews is supplemented and validated by a literature review.
Drivers and barriers for cooperative business models are manifold and can vary mainly depending on the plant and the operator.
Drivers
• Political
o Promotion of renewable energies: reduce dependence on fossil (Russian) fuels
• Economic
o Expectation of synergies (information sharing, shared risk, economies of scale)
o Planning security (fixed supply or purchase contracts)
o Access to new markets (not accessible by single-farm business models)
o Cost savings by sharing infrastructure, technology
o Positive return expectation
• Sociocultural
o Motivating, innovative environment
o Lowers barriers to participation in new markets
o Target-oriented partnerships
o Better use of capacities and strengths
o Strengthening regional value creation
• Technological
o Economies of scale (efficiency)
o Available, mature technology
o Storable, transportable gas
o Well-developed infrastructure
• Ecological
o Increase in plant efficiency
o Reduction of greenhouse gas emissions
o Promotion of the circular economy by utilization of organic waste and agricultural residues
o Improving soil quality (fermentation residues as fertilizer)
Barriers
• Political
o Competition to other renewable energies
• Economic
o Uncertainty about future development of energy markets
o Disagreements between the cooperation partners
o Lack of flexibility due to longer-term contractual obligations
o Allocation of profits
• Sociocultural
o Cooperation with current competitor
o Cultural differences and lack of trust
o Acceptance by the general public (e.g. overproduction of maize)
• Technological
o Different technology that is difficult to combine
o Data protection
• Ecological
o Competition for agricultural land
o Use of monocultures
o Emissions from plant
o Pollution from transport
• Legal
o Legal requirements and regulations
o Unfavorable regulatory environment, e.g. long permitting process
One finding is that uncertainty is a major barrier for plant operators. This includes uncertainty about regulatory frameworks and political requirements, as well as about the general development of the energy markets. In addition, social factors such as lack of reliability and disagreement about revenue sharing are a potential barrier. A key driver for the implementation of cooperative business models is the expectation of synergy effects. In addition, operators are driven by a positive expectation of returns and the responsibility for securing the energy supply in times of crisis.
The drivers identified can now be used to develop strategies to advance cooperative business models. In particular, synergy effects should be exploited so that operators can benefit from cooperation. The advantages can also be highlighted and communicated to increase acceptance among the general public. Another important step is to reduce the barriers discussed above. In order to reduce social barriers in particular, it may be advisable to include an external partner in the cooperation, such as a municipal utility that operates an upgrading plant and concludes purchase agreements with the individual partners. In addition, it would be politically expedient to provide the operators with a clear framework for the future in order to reduce uncertainties. As a further aspect, knowledge transfer on new technologies and markets should take place.
The expiry of national subsidies for biogas in Germany means that new business models are needed. Furthermore, hydrogen is expected to make a significant contribution to the energy transition in the future. Therefore, potentials for the production of hydrogen from biogas are identified in this study. A joint upgrading infrastructure is developed that models the collaborative upgrading of biogas to hydrogen for existing biogas plants with subsequent gas grid injection. Furthermore, regions are identified that are particularly suitable as pioneer regions in Germany due to a high potential for green hydrogen production and comparatively low costs for hydrogen production. The modeling shows that collaborative upgrading achieves significant cost savings compared to single-farm upgrading. Furthermore, the potential for hydrogen production from biogas and the costs of upgrading differ significantly within the administrative districts in Germany.
Nach dem Auslaufen der 20-jährigen Förderung über eine Einspeisevergütung im Rahmen des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) gibt es für deutsche Biogasanlagen diverse technische Möglichkeiten für einen Weiterbetrieb. Neben der Wirtschaftlichkeit sind die Anlagenbetreibenden ein wesentlicher Entscheidungsfaktor für den Weiterbetrieb der Anlage. Somit ergibt sich die zentrale Fragestellung „Welche Treiber und Hemmnisse für Betreibende von Bestandsbiogasanlagen in Deutschland bestehen in den verschiedenen Nutzungspfaden für Biogas, sowie für kooperative Geschäftsmodelle?“. Die Erkenntnisse können unter anderem dafür genutzt werden, die Situation der Anlagenbetreibenden besser zu verstehen, um notwendige Unterstützung für einen Weiterbetrieb, beispielsweise durch Kommunen, zur Verfügung stellen zu können.
In der Schriftenreihe „Voneinander Lehren lernen“, die vom LearningCenter der Hochschule Osnabrück herausgegeben wird, werden anwendungsbezogene Beiträge zur Qualitätsentwicklung in Studium und Lehre publiziert.
Die Schriftenreihe ist an das hochschuldidaktische Konzept des „Scholarship of Teaching and Learning“ angelehnt. Demnach soll sie insbesondere den Fachlehrenden aller Studiengänge als Plattform dienen, um ihre eigenen Erfahrungen, Ideen und Konzepte zur Lehr- und Studiengangentwicklung systematisch zu reflektieren und entsprechende Erkenntnisse für andere nutzbar zu machen. Ziel ist es, den Diskurs über hochschuldidaktische Themen in die Fächer zu tragen und so nachhaltig zu einer hohen Qualität der Lehr-Lernprozesse in den Studiengängen beizutragen. Ergänzt werden die Texte der Fachlehrenden um Beiträge von Mitarbeiter*innen der im Bereich Studium und Lehre tätigen Organisationseinheiten.
Die Schriftenreihe ist eng an das Lehrkolleg der Hochschule Osnabrück gekoppelt. Dabei handelt es sich um ein Angebotsformat des LearningCenters, in dem Professor*innen und Lehrkräfte für besondere Aufgaben die Möglichkeit haben, unter hochschuldidaktischer Begleitung innovative Lehrentwicklungsprojekte in ihren eigenen Lehrveranstaltungen und Modulen umzusetzen. Der erste Band der Schriftenreihe enthält Beiträge von Teilnehmer*innen des Lehrkollegs 2018, in dem verschiedene Entwicklungsprojekte zur Förderung von Kompetenzen für selbstreguliertes Lernen durchgeführt wurden.
Various overoxidized poly(1H-pyrrole) (PPy), poly(N-methylpyrrole) (PMePy) or poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) membranes incorporated into an acrylate-based solid polymer electrolyte matrix (SPE) were directly electrosynthesized by a two-step in situ procedure. The aim was to extend and improve fundamental properties of pure SPE materials. The polymer matrix is based on the cross-linking of glycerol propoxylate (1PO/OH) triacrylate (GPTA) with poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) and lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI) as a conducting salt. A self-standing and flexible polymer electrolyte film is formed during the UV-induced photopolymerization of the acrylate precursors, followed by an electrochemical polymerization of the conducting polymers to form a 3D-IPN. The electrical conductivity of the conducting polymer is destroyed by electrochemical overoxidation in order to convert the conducting polymer into an ion-exchange membrane by introduction of electron-rich groups onto polymer units. The resulting polymer films were characterized by scanning electron microscopy, cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy, differential scanning calorimetry, thermal analysis and infrared spectroscopy. The results of this study show that the combination of a polyacrylate-matrix with ion selective properties of overoxidized CPs leads to new 3D materials with higher ionic conductivity than SPEs and separator or selective ion-exchange membrane properties with good stability by facile fabrication.
Knowledge of the maximum friction coefficient µmax between tire and road is necessary for implementing autonomous driving. As this coefficient cannot be measured via existing serial vehicle sensors, µmax estimation is a challenging field in modern automotive research. In particular, model-based approaches are applied, which are limited in the estimation accuracy by the physical vehicle model. Therefore, this paper presents a data-based µmax estimation using serial vehicle sensors. For this purpose, recurrent artificial neural networks are trained, validated, and tested based on driving maneuvers carried out with a test vehicle showing improved results compared to the model-based algorithm from previous works.
Kugelstrahlen ist ein im Maschinenbau eingesetztes Verfahren zur Steigerung der Ermüdungsfestigkeit. Es wird z. B. bei hochbelasteten Komponenten in der Luft- und Raumfahrt, der Fahrzeugtechnik, im Turbomaschinenbau und weiteren Industriezweigen angewandt. Die Einstellung der Betriebsparameter der Kugelstrahlanalage findet üblicherweise mit kostenintensiven empirischen Versuchen statt, mit dem Ziel, die vorgegebene Druckeigenspannung zu erreichen. In [1, 2] wird auf der Basis einer dort beschriebenen neuartigen Elementarzelle vorgeschlagen, die Almenstreifenaufbiegung als Mittel zur Spezifikation der Verfestigung heranzuziehen. Dazu ist deren Simulation notwendig, welche sich mit der entwickelten Elementarzelle wirtschaftlich bewerkstelligen lässt. In der hier vorliegenden Veröffentlichung werden die der Elementarzelle zugrundeliegenden Finite-Elemente-Netze (FE-Netze) mithilfe von Einzelbe-schussversuchen validiert. Weiterhin wird eine ähnlichkeitsmechanische Betrachtung des Kugelstrahlprozesses zur vereinfachten Parametereinstellung vorgestellt.