Fallzahl Standort Koblenz: 1 (Warnstufe Gelb bis 12.02.2021) Maßnahmenkonzept

Übersicht der Qualifikationsarbeiten

Ausgeschriebene Themen

Laufende und abgeschlossene Arbeiten

 

 


 

Simulation zu Planarisierungsalgorithmen von Redundaz Koexistenz Graphen

 

Für Unit-Disk-Graphen existieren einige lokale Verfahren zur Konstruktion eines schnittfreien Teilgraphen.
Da die Unit-Disk Eigenschaft eine sehr starke Bedingung ist wurden mit der Redundanz und Koexistenz Eigenschaft zwei Eigenschaften untersucht, die schwächer sind als die Unit-Disk-Eigenschaft, aber immer noch die Existenz von lokalen Algorithmen zur Konstruktion schnittfreien Teilgraphen garantieren.
Die Redundanz Eigenschaft ist dabei erfüllt, wenn für zwei schneidende Kanten, immer mindestens einer der Endknoten einer schneiden Kanten mit beiden Endknoten der anderen schneidenden Kante verbunden ist.
Die Koexistenz Eigenschaft ist dabei erfüllt, wenn ein Knoten innerhalb eines Dreiecks mit den drei Knoten des Dreiecks verbunden sind.
Theoretische Untersuchungen haben gezeigt, dass es generell nicht möglich ist diese Eigenschaften noch signifikant abzuschwächen, da ansonsten Graphen existieren, für die keine Korrektheit der Algorithmen mehr möglich ist.
Diese Gegenbeispiele existieren in realistischen Drahtlos-Netzwerken, aber nicht sehr wahrscheinlich, da hierfür einige kurze Kanten nicht existieren dürften, während längere Kanten existieren müssen.

 

Ziel der Arbeit: Es soll mithilfe von Simulation untersucht werden, inwiefern die beiden Eigenschaften Redundanz und Koexistenz noch etwas abgeschwächt werden können und dabei die Korrektheit der Algorithmen noch mit einer hohen Wahrscheinlichkeit garantiert ist.
Außerdem kann mithilfe theoretischer Analysen und weiteren Simulationen untersucht werden, durch welche alternativen bzw. abgewandelten Eigenschaften eine Korrektheit der Algorithmen noch gewährleistet ist.

 

 Ansprechpartner: Lucas Böltz (boeltz@uni-koblenz.de)


Simulation von Planarisierungsalgorithmen auf Graphen mit azyklischer Redundanz

 

Bei der Erarbeitung lokaler Routing-Strategien in drahtlosen Ad-Hoc-Netzwerken ist es eine gägnige Voraussetzung, dass der zugrunde liegende Kommunikationsgraph plan, d.h. schnittfrei ist.
Viele gängige Planarisierungs-Strategien basieren auf der Annahme, dass diesem Graph ein Unit-Disk-Graph zugrunde liegt.
In der Praxis ist diese Annahme aber in der Regel falsch.
Daher sind andere Planarisierungs-Methoden und Graph-Eigenschaften, die deren Korrektheit garantieren zu entwickeln.

Eine solche Eigenschaft stellt die azyklische (k-Hop-)Redundanz dar. Dabei soll es für mindestens eine Schnittkante eines jeden Schnittes eine Umgehung aus (höchstens k) kürzeren Kanten geben.
Eine zugehörige Planarisierungs Strategie ist trivial:
Wann immer eine solche Umgehung gefunden wird, kann eine Kante entfernt werden.

Die Frage ist nun, in welchem Umfang diese Eigenschaft in der Praxis erfüllt ist.
Reduziert auf einen Schnitt (k=2) wurde dies bereits theoretisch und numerisch untersucht.

Offen ist:
- Wie häufig ist dies im Gesamtgtaphen der Fall?
- Wie verhält es sich bei k>2?
- Kann die zugrunde liegende Eigenschaft abgewandelt werden?
- Wie häufig gelingt die Planarisierung, wenn man azyklische Redundanz nicht voraussetzt?

Dies ist analytisch, numerisch, simulativ (und experimentell) zu Untersuchen.

 

 

Ansprechpartner: Steffen Böhmer (steffenboehmer@uni-koblenz.de)


 

Bachelor-Arbeiten zu Digitalisierung und Gamification in der universitären Lehre zu Themen der Rechnernetze und Rechnerarchitektur 

Es sind mehrere Bachelor-Arbeiten zum Thema Digitalisierung und Gamification in der universitären Lehre geplant. Im Rahmen der Arbeiten soll je ein ausgewähltes in sich abgeschlossenes Thema aus den Bachelor-Vorlesungen der AG UniKoRN „Grundlagen der Rechnerarchitektur“ (GdRA) oder „Grundlagen der Rechnernetze“ (GdRN) als interaktive Lerneinheit umgesetzt werden. Wahl des passenden Abschnittes sowie sammeln von Ideen zur kreativen Umsetzung erfolgt am Anfang der Bachelor-Arbeit in enger Zusammenarbeit mit Herrn Frey.

Inhaltlich ist auf Basis von Lernzielen zunächst ein Skript zur digitalen Umsetzung zu erstellen. Hierbei werden Film, Audio, Animation und interaktive Elemente zu einer in sich abgeschlossenen Einheit zusammengebracht (beispielsweise mit Stilelementen wie Quests, Adventure-Game, Story-Telling, Highscores, Programming-Challenges etc.).

Technisch ist die erforderliche Voraussetzung an Equipment und Software zur Umsetzung des Projektes zu planen. Diese steht teilweise zur Verfügung und kann im Rahmen von Projektgeldern beschafft werden. Zur Planung gehört auch die Recherche aktuell verfügbarer professioneller digitaler universitärer Lerneinheiten anderer Einrichtungen (also alles was über einfache Vorlesungsmitschnitte und Screen-Casts hinaus geht).

Das Ziel der Umsetzung ist der langfristige Einsatz der Lerneinheiten ohne erforderlichen semesterweisen technischen Wartungsbedarf von Seiten der AG UniKoRN. Das digitale Material soll auf hohem technischem Niveau ansprechen. Es sind entsprechende Umsetzungsmöglichkeiten über die verfügbaren Ressourcen zur digitalen Lehre der Universität Koblenz als auch über verfügbare außeruniversitäre Ressourcen zu eruieren. Zudem ist bei der Umsetzung die Lerneinheit als Teil einer gesamten digital umgesetzten Vorlesung zu betrachten. Langfristig sollen die Lerneinheiten technisch wie auch inhaltlich modular zu einer gesamten digitalen „Vorlesung 2.0“ zusammenfügbar sein.

Als Voraussetzung muss die Vorlesung zu der das Digitalisierungsprojekt umgesetzt werden soll (also GdRA oder GdRN) gehört und mit Erfolg und guter Note abgeschlossen worden sein. Als Voraussetzung sollte man Spaß an und Fähigkeiten in der kreativen und technischen Umsetzung von Multimedia-Inhalten mitbringen. Vorkennnisse zum Umgang mit entsprechender Software bzw. Ausrüstung, sowie Ressourcen wie Film, Musik, Animation sind von Vorteil aber kein Muss.

Interessenten melden sich direkt bei Herrn Frey (frey@uni-koblenz.de), um gemeinsam eine mögliche umzusetzende Lerneinheit zu besprechen. Es können gerne Themen und Umsetzungsideen vorgeschlagen werden. Keine eigene Idee aber großes Interesse kreativ zu werden? Auch gerne melden!

 

 

 


Cachingverfahren für die aktive Platzierung von Daten in datenzentrierten Fahrzeugnetzen

In den letzten Jahren wurde an Technologien und Konzepten für das „Internet der Zukunft“
gearbeitet, welche weg von einer host-basierten Ende-zu-Ende Kommunikation hin zu einer
daten-zentrierten Kommunikation strebt. Das Prinzip: Anstelle von Endknoten werden Daten
direkt adressiert, wodurch eine lose Kopplung erreicht wird unabhängig ihrer physikalischen
Lokation im Netzwerk. Diese Bestrebungen werden unter dem Begriff „Information-Centric
Networking“ (ICN) zusammengefasst und beinhalten bereits zahlreiche Strömungen und Konzepte.

Im Kontext vernetzter Fahrzeuge sind solche Konzepte vielversprechend, da der Austausch von
Informationen durch die hochgradige Mobilität der Teilnehmer in klassischen Kommunikationsmodellen
erschwert wird. Die Trennung von Daten zu einer physikalischen Lokation (z.B. eines bestimmten Servers)
in ICN ermöglicht das strategische Platzieren von Daten nahe den Endkonsumenten, welches beispielsweise eine Reduzierung von Latenzen und eine Entlastung des Kernnetzwerkes zur Folge hat.

Ziel der Arbeit ist die Enticklung neuer Algorithmen und Strategien für die vorausschauende Platzierung von Daten nahe des Endkonsumenten. Hierbei spielen Faktoren wie Mobilität der Teilnehmer, die Art der Daten (z.B. Popularität) und Zustand der Cache-Komponenten im Netzwerk eine Rolle.

Die beschriebene Qualifikationsarbeit kann sowohl als Master-Arbeit oder im Umfang reduziert
als Bachelor-Arbeit durchgeführt werden. Weiter besteht die Möglichkeit die Arbeit bei der
Robert Bosch GmbH im Zentralbereich Forschung und Vorausentwicklung in Renningen bei Stuttgart
durchzuführen. Neben dem Einblick in den Forschungsbereich eines global agierendes Unternehmen,
wird die Tätigkeit mit einem Entgeld honoriert.

 


Lokale Algorithmen für drahtlose Ad hoc und Sensornetze

Kontakt: Florentin Neumann (B 219), fneumann[at]uni-koblenz.de

Beaconlose Rekonstruktion der PDT-Graphnachbarschaft unter Knotenmobilität

Es gibt diverse Problemstellung welche Verfahren zur lokalen Planarisierung benötigen. D.h. bevor ein Netzknoten die Problemstellung mittels bekannter Verfahren lösen kann, muss der Knoten alle adjazenten Kanten in einem planaren und zusammenhängenden Subgraphen ermitteln. Um unnötigen Nachrichtenaufwand zu vermeiden ist es vorzuziehen sogenannte Beaconfreie Algorithmen einzusetzen rekonstruktionPDTwelche auf den Versand von (periodischen) Kontrollnachrichten verzichten. In [BNF13] wird ein beaconloses Verfahren vorgestellt um für einen Netzknoten die Nachbarschaft in der Partiellen Delaunay Triangulierung (kurz PDT) zu konstruieren. Das Verfahren arbeitet Nachrichtenoptimal, da nur mit solchen Knoten Nachrichten ausgetauscht werden, die auch zur zu konstruierenden Topologie gehören. Nimmt man jedoch an, dass Netzknoten einer gewissen Mobilität unterworfen sind, dann verliert die gefundene Lösung nach einiger Zeit ihre Gültigkeit da einige Knoten aus der Nachbarschaft heraus fallen (Abb. durchkreuzte Knoten) und andere hinzu stoßen (Abb. gelber Knoten). Um nun nicht periodisch die PDT Nachbarschaft vollständig ermitteln zu müssen wäre es wünschenswert ein beweisbar korrektes Verfahren zur Rekonstruktion der PDT Nachbarschaft (Abb. gelbe Kanten und durchkreuzte Kanten) eines Knotens zu entwickeln. Dies würde überflüssigen Nachrichtenaufwand weiter beschränken.

Ziel der Abschlussarbeit ist der Entwurf eines reaktiven Verfahrens zur Rekonstruktion der PDT Nachbarschaft in mobilen Ad Hoc Netzen. Als Ansatzpunkt dienen hierfür die aus der Literatur bekannten Verfahren zur reaktiven Konstruktion der PDT und der Gabriel Graph Nachbarschaft [RKNS10]. Der entworfene Algorithmus soll auf Korrektheit und Effizienz untersucht werden. Dies kann sowohl theoretisch, d.h. mittels formaler Beweise, als auch empirisch, d.h. mittels umfangreicher Simulationen, erfolgen.

 

 

Planarisierung von 1-schwachen Redundanz und Koexistenz Graphen

Dei meisten lokalen Algorithmen zur Planarisierung von drahtlosen Ad hoc Netzen setzen voraus, dass der Netzgraph ein Unit Disk Graph ist. Der Localized Link Removal and Addition based Planarization Algorithm (LLRAP) [MF12] benötigt diese Annahme nicht. Vorausgesetzt der Eingabegraph erfüllt die starke Koexistenz und starke Redundanzeigenschaft berechnet LLRAP mittels lokaler Regeln für einen Knoten die Nachbarschaft in einem zusammenhängenden, planaren Teilgraphen des Eingabegraphen.

Redundanz und KoexistenzEin Graph erfüllt die starke [schwache] Redundanzeigenschaft, wenn für zwei kreuzende Kanten uv und xy gilt, dass einer der beiden Endpunkte der einen Kante mit beiden Endpunkten [mindestens einem Endpunkt] der schneidenden Kante verbunden ist (siehe Abb. links). Ein Graph erfüllt die starke [schwache] Koexistenzeigenschaft, falls für jede Clique der Größe 3 in dem Graphen gilt, dass wenn ein Knoten in dem durch die Clique aufgespannten Dreieck liegt, dann ist dieser Knoten durch Kanten mit jedem [mindestens einem] der drei Dreickspunkte verbunden (siehe Abb. rechts).

Ziel der Arbeit ist die Weiterentwicklung von LLRAP bzw. der Entwurf eines lokalen Algorithmus welcher für Eingabegraphen die nur die schwache Redundanz und Koexistenz Eigenschaft erfüllen einen planaren zusammenhängenden Graphen konstruieren. Der entworfene Algorithmus soll auf Korrektheit und Effizienz untersucht werden. Dies kann sowohl theoretisch, d.h. mittels formaler Beweise, als auch empirisch, d.h. mittels umfangreicher Simulationen, erfolgen.

Systematischer Simulativer Vergleich von lokalen Planarisierungstechniken für Log-Normal Shadowing-Graphen

In der Literatur werden zahlreiche lokale Verfahren zur Planarisierung von drahtlosen Ad Hoc und Sensornetzen beschrieben. Die überwiegende Mehrheit dieser Verfahren setzt voraus, dass die zugrunde liegenden Netze die Unit Disk Graph Eigenschaft erfüllen, d.h., dass zwei Knoten genau dann über eine Kante miteinander verbunden sind, wenn Ihr Euklidischer Abstand höchstens so groß ist wie eine fest gewählte Konstante. Bei der Planarisierung werden Kanten gelöscht. Dadurch verlängern sich die paarweise kürzesten Wege zwischen den Knoten. Der maximale Faktor um den sich diese Verlängern wird als spanning ratio bezeichnet.

Ziel der Arbeit ist der systematische, simulative Vergleich der Unit Disk Graph Planarisierungsverfahren hinsichtlich des Nachrichtenaufwandes und der spanning ratio. In einer geeigneten Simulationsumgebung (z.B. dem Java Framework SinAlgo) sollen alle Verfahren zunächst implementiert und getestet werden. Anschließend werden umfängliche Vergleichsstudien durchgeführt und statistisch ausgewertet.

1-lokale Konstruktion von planaren, gradbeschränkten, Unit Disk Graph Spannern

Kanj et al. beschreiben in [KX12] ein lokales Verfahren zur Konstruktion von planaren, gradbeschränkten Euklidischen Spannern für Unit Disk Graphen. Das Verfahren nutzt die lokale Konstruktion der 2-lokalen Delaunay Triangulierung nach Li et al. [LCWW03]. Kürzlich wurde in [NF12] gezeigt, dass auch der 1-lokal konstruierbare Partielle Delaunay Graph ein planarer Euklidischer Spanner für Unit Disk Graphen ist.

Ziel der Arbeit ist der mathematische Beweis, dass das Verfahren von Kanj et al. auch dann einen zusammenhängenden, planaren, gradbeschränkten Graphen liefert, wenn man die Partielle Delaunay Triangulierung anstelle der 2-lokalen Delaunay Triangulierung verwendet.

 

Der Umfang der Arbeit kann je nach Art des angestrebten Abschlusses angepasst werden.


Laufende und abgeschlossene Arbeiten

Im Folgenden sind aktuell betreute und abgeschlossene Arbeiten der Arbeitsgruppe Frey aufgelistet.

Diplom- und Studienarbeiten

ThemaBearbeitet vonBetreut durchStatus
Mehrfrequenz-Acknowledgement-Aggregation in drahtlosen Sensornetzen Stephan Sonntag H. Frey,
R. Funke
abgeschlossen
Automatisierung von Messungen in Drahtlos-Testbeds Kasjen Kramer H. Frey,
R. Funke
abgeschlossen
Forwarding Loops Holger Breitbach, Mario Wendling H. Frey, F. Bohdanowicz abgeschlossen
Erweiterung der Routingsimulationssoftware JRoutingSim um RIP und RMTI Roman Komp H. Frey, F. Bohdanowicz abgeschlossen

Masterarbeiten

ThemaBearbeitet vonBetreut durchStatus
Beaconless Geocasting with Guranteed Delivery in Wireless Ad Hoc Networks Daniel Vivas Estevao H. Frey,
F. Neumann
abgeschlossen
Literaturstudie zu Mehrfrequenz-Clusteringverfahren in drahtlosen Sensornetzen Nicolas Schönfeld H. Frey,
R. Funke
abgeschlossen
Prototypenstudie zu Sensornetzen in Landwirtschaft und Pflanzenbau Sebastian Bock H. Frey abgeschlossen
Reactive Construction of a Planar Overlay Graph in Quasi Unit Disk Graphs Freya Surberg H. Frey,
F. Neumann
abgeschlossen
Beaconlose geographische Gruppenkommunikation Dominik Mosen H. Frey,
F. Neumann
abgeschlossen
Fließgewässermonitoring mit drahtlosen Sensornetzen Ansgar Taflinski H. Frey,
F. Neumann
abgeschlossen
Empirische Untersuchung des Broadcast-Storm-Problems in drahtlosen Netzen der Gebäudeautomatisierung Benjamin Hück H. Frey abgeschlossen
Erweiterung des Spanning Tree Simulators Andreas Sebastian Janke H. Frey, F. Bohdanowicz

abgeschlossen

Bachelorarbeiten

Thema

Bearbeitet vonBetreut durchStatus
Aufbau eines Drahtlosnetzwerks und Ermittlung der Log-distance path-loss Modellkoeffizienten für 2.4GHz Outdoor-Suburban Szenarien Evgeny Sinderovich F. Neumann,
H. Frey
abgeschlossen
Arduino basierte Sensorknoten für Fließgewässermonitoring Sergei Diez F. Neumann,
H. Frey
abgeschlossen
6LoWPAN mit MeshUnder in TinyOS Jonas Mohrs H. Frey,
R. Funke
abgeschlossen
Administration und Synchronisation eines verteilten Systems am Beispiel eines Audioplayers Ansgar Sachs, Marco Sliwa H. Frey abgeschlossen
Beaconlose Algorithmen für Gradbeschränkte Euklidische Unit Disk Graph Spanner Tim Budweg H. Frey,
F. Neumann
abgeschlossen
Entwicklung eines energieeffizienten GSM-basierten Sensornetz Gateways Frank Ockenfeld H. Frey, F. Bohdanowicz abgeschlossen
Räumliches Clustering Enno Behrends H. Frey,
R. Funke
abgeschlossen
Konzipierung und Implementierung eines Eclipse-Plugin zur Steuerung von Sensornetz-Testbeds Felix Gorbulski H. Frey,
R. Funke
abgeschlossen
Adaptive Acknowledgement Aggregation in Clustered Wireless Sensor Networks Kevin Schmidt H. Frey,
R. Funke
abgeschlossen
Eine Systematische Literaturstudie zu Beaconlosen Algorithmen für Drahtlose Ad hoc und Sensornetze Daniel Vivas Estevao H. Frey,
F. Neumann
abgeschlossen
Ein Reaktiver Algorithmus für Geografisches Clustering Julian Mosen H. Frey,
F. Neumann
abgeschlossen
Reaktive Protokolle zur Optimierung von Rotational Sweep Recovery Pfaden Christian Botterbusch H. Frey,
F. Neumann
abgeschlossen
Implementation und Evaluation automatischer Routen-Aggregation in einem schleifen-erkennenden Distanz-Vektor Verfahren Christian Henke H. Frey, F. Bohdanowicz abgeschlossen
Regelung eines Linearaktors mit digitalen Messschieber und Microcontroller Benedikt Jöbgen H. Frey,
M. Joost
abgeschlossen
Simulation fehlerbehafteter Verbindungen in virtuellen Netzen David Müller H. Frey, F. Bohdanowicz abgeschlossen
Verteilte Simulation großer Netzwerke mit VNUML und EDIV Nicolas Manuel Schönfeld H. Frey, F. Bohdanowicz abgeschlossen