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2015-12-10Dissertation DOI: 10.18452/17383
Self-organization in networks of mobile sensor nodes
dc.contributor.authorBlum, Christian
dc.date.accessioned2017-06-18T14:34:10Z
dc.date.available2017-06-18T14:34:10Z
dc.date.created2015-12-14
dc.date.issued2015-12-10
dc.identifier.urihttp://edoc.hu-berlin.de/18452/18035
dc.description.abstractSelbstorganisierte drahtlose (ad hoc) Multihopnetzwerke können als einfach einsetzbare, robuste und rekonfigurierbare Kommunikationsinfrastruktur zum Beispiel in Katastrophenszenarien eingesetzt werden. Solche drahtlosen Netzwerke nutzen die Luft als geteiltes Kommunikationsmedium, was bedeutet, dass die Parameter des Netzwerks sehr orts- und zeitveränderlich sowie verrauscht sind. Intelligente Roboter können als Netzwerkknoten diese Herausforderungen bewältigen, indem sie sensomotorische Interaktion ausnutzen. Für einzelne Roboter wurde ein Algorithmus zur Exploration unbekannter Netzwerke entwickelt. Außerdem wurde gezeigt, dass eine Klasse gradientenbasierter Navigationsalgorithmen für den Fall von Signalstärkemessungen konvergiert. Es wurde zudem gezeigt wie diese Art von Algorithmen sich auf andere Aufgaben als das Finden von Netzwerkknoten erweitern lassen. Zusätzlich wurde ein Algorithmus basierend auf internen Modellen, der dem Roboter zum Beispiel ermöglicht Netzwekknoten finden oder zwei Netzwerkknoten zu überbrücken, entwickelt. Alle Algorithmen wurden in Simulation oder mit echten Robotern implementiert und evaluiert. Für den Fall mehrerer Roboter existieren bereits viele interessante Algorithmen in der Literatur. Allerdings wird im Moment keiner dieser Algorithmen in realen Systemen eingesetzt. Einer der Gründe hierfür ist, dass naive Sachwarmalgorithmen meist nicht sicher und zuverlässig genug sind. Um dieses Problem zu lösen wurde eine Architektur, die auf internen Modellen basiert und interne Simulation nutzt, untersucht. Es wurden zwei Testszenarien analysiert: Im ersten Experiment sollte ein Roboter andere Roboter davor bewahren zu Schaden zu kommen und dabei gleichzeitig seine eigene Sicherheit gewährleisten und eine Aufgabe erfüllen. Im zweiten Experiment musste ein Roboter durch einen Korridor navigieren ohne mit anderen Robotern zusammenzustoßen. Die vorgeschlagene Architektur hat sich als sehr effektiv erwiesen.ger
dc.description.abstractSelf-organized wireless multihop (ad hoc) networks can form an easily deployable, robust and reconfigurable communication infrastructure, which can be employed for example in a disaster scenario, when static communication infrastructure has been destroyed. As such wireless networks use the air as a shared physical medium, the parameters of these networks often show very space- and time-varying noisy characteristics. Intelligent robotic network nodes can overcome these problems posed by these dynamics and measurement noise by exploiting sensorimotor interaction. For single robots, an algorithm for network exploration of unknown networks for large scale outdoor scenarios has been developed. Furthermore, a class of gradient-based algorithms for navigation in wireless networs hase been shown to converge for the case of signal strength measurements. Additionally, it was shown how these algorithms can be extended to other tasks than locating a network node. Additionally, an internal model-based algorithm to solve tasks like locating a node or bridging two nodes has been developed. All algorithms have been implemented and evaluated either in simulation or on real robots. For the case of multiple robots, a lot of interesting algorithms for example for optimal placement of mobile network nodes have been presented in literature. However, none of them are being used in real world scenarios. One of the reasons for that is insufficient safety and fault tolerance of naive algorithms. To overcome this problem the use of an internal model-based architecture using internal simulation has been investigated. Two test scenarios have been investigated using this architecture: in the first experiment a robot had to prevent other robots from coming to harm while ensuring its own safety and fulfilling a task. In a second experiment, a robot had to navigate through a narrow corridor without colliding with other robots. The proposed architecture has been shown to be very effective.eng
dc.language.isoeng
dc.publisherHumboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
dc.rightsNamensnennung - Weitergabe unter gleichen Bedingungen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/de/
dc.subjectSicherheitger
dc.subjectNavigationger
dc.subjectSelbstorganisationger
dc.subjectNetzwerk Robotikger
dc.subjectDrahtlose Netzwerkeger
dc.subjectInterne Modelleger
dc.subjectInterne Simulationger
dc.subjectsafetyeng
dc.subjectnavigationeng
dc.subjectinternal modelseng
dc.subjectnetwork roboticseng
dc.subjectwireless networkseng
dc.subjectself-organizsationeng
dc.subjectinternal simulationeng
dc.subject.ddc004 Informatik
dc.titleSelf-organization in networks of mobile sensor nodes
dc.typedoctoralThesis
dc.identifier.urnurn:nbn:de:kobv:11-100234170
dc.identifier.doihttp://dx.doi.org/10.18452/17383
dc.identifier.alephidBV043206179
dc.date.accepted2015-11-27
dc.contributor.refereeHafner, Verena V.
dc.contributor.refereeBurkhard, Hans-Dieter
dc.contributor.refereeWinfield, Alan F. T.
dc.subject.dnb28 Informatik, Datenverarbeitung
dc.subject.rvkST 200
local.edoc.pages211
local.edoc.type-nameDissertation
local.edoc.institutionMathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät

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