Industry 4.0 is associated with the technological complexity of designing frameworks for factory automation. In that case, since the robots are used in factory operations, this paper proposes a framework that can be used for (near) real-time applications (RTA) in the robotic system. Real-time application is a time constraint that works within a time frame, making it essential to set up a high-speed system in data computation and processing. Monitoring sensors are exposed to different physical variables, such as noise and vibration temperature, from the system, which leads to inefficient data and delay in the data computations. Adaptive Sampling Algorithm A.S.A. was used to reduce the amount of data to be computed. A self-adaptive software (i.e., Rainbow framework) was used to implement the algorithm—Hardware-in-the-loop (HiL) simulation technique used in the simulation of A.S.A. The hardware used in this scenario is the Speedgoat real-time target machine. The proposed framework was tested in an implementation scenario where the robot system had high latency, above 10ms, and had to be reduced to 5ms and below. The results showed fewer samples were collected from the test signal after implementing the algorithm. Hence reducing high latency and increasing real-time application in robot systems. In summary, the proposed framework could be used to develop real-time applications in robotic systems for Industry 4.0.

Un des freins à la commercialisation de masse de la pile à combustible et notamment de la technologie à membrane échangeuse de proton vient de sa faible durée de vie due à la difficulté de contrôler le système sous certaines conditions. Pour pallier à ce problème, l’élaboration d’un modèle mathématique précis de la pile à combustible à membrane échangeuse de protons permettant d’observer les variables internes et l'état de la pile à combustible au cours de son fonctionnement permettrait le développement de la stratégie de contrôle du système.Cette thèse propose d’élaborer un modèle dynamique multi-physique complet pour la pile à combustible à membrane échangeuse de protons. Le modèle proposé couvre les domaines multi-physiques pour les caractéristiques électriques, fluidiques et thermiques. Dans ces deux derniers domaines, les phénomènes transitoires sont notamment pris en compte dans le modèle proposé, tels que les comportements dynamiques de la teneur en eau de la membrane de la pile et la température. Par conséquent, ce modèle peut être utilisé pour analyser les effets de couplage des variables dynamiques entre différents domaines physiques.Grace à ce modèle ainsi définit, un second modèle multi-physique bidimensionnel plus détaillé est également présenté. Le modèle proposé couvre les domaines électriques et fluidiques avec une approche de modélisation 2-D innovante. Les distributions spatiales de quantité physique dans le domaine électrique peuvent ainsi être obtenues. Par conséquent, ce modèle 2-D PEMFC peut être utilisé pour étudier les influences des paramètres de modélisation sur la prédiction de performance multidimensionnelle locale. Une étude expérimentale est effectuée pour valider le modèle 2-D proposé avec une pile commerciale PEMFC Ballard NEXA de 1,2 kW.Dans un second chapitre, une analyse des phénomènes dynamiques est réalisée en fonction du modèle dynamique multidisciplinaire développé en s’appuyant sur la méthode RGA (gain relatif) pour diverses variables d'entrée de contrôle, afin d'analyser quantitativement les effets de couplage dans différents domaines physiques. L’étude s’intéresse entre autre aux interactions de la teneur en eau et de la température de la membrane. L'analyse de couplage présentée dans cette thèse peut aider les ingénieurs à concevoir et à optimiser les stratégies de contrôle des piles à combustible, en particulier pour la gestion de l'eau et de la chaleur dans les systèmes de piles à combustible.Une deuxième analyse portant sur la sensibilité aux paramètres de l'étude est effectuée sur la base du modèle multidisciplinaire bidimensionnel développé. Ces résultats d'analyse de sensibilité globale fournissent des informations utiles pour la compréhension de la dégradation, le réglage des paramètres et la simplification du modèle des piles à combustible.Dans un troisième temps, le modèle proposé se décline dans un algorithme de résolution mathématique en temps réel basé sur un algorithme de matrice tri diagonal efficace (TDMA). Les résultats expérimentaux démontrent les possibilités pratiques du modèle 2-D proposé pour le contrôle en temps réel avancé des systèmes de pile à combustible avec un temps de calcul de la boucle de contrôle de l'ordre de la milliseconde. Le temps d'exécution du modèle peut être quadruplé par rapport aux algorithme séquentiels présent dans la littérature; garantissant ainsi des décisions et des actions de contrôle rapide. / Before mass commercialization of proton exchange membrane fuel cell, the research on the design of appropriate control strategies and auxiliaries need to be done for achieving proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) optimal working modes. An accurate mathematical PEMFC model can be used to observe the internal variables and state of fuel cell during its operation, and could further greatly help the system control strategy development.A comprehensive multi-physical dynamic model for PEMFC is developed in chapter I. The proposed model covers multi-physical domains for electric, fluidic and thermal features. Particularly, the transient phenomena in both fluidic and thermal domain are simultaneously considered in the proposed model, such as the dynamic behaviors of fuel cell membrane water content and temperature. Therefore, this model can be used to analyze the coupling effects of dynamic variables among different physical domains.Based on the developed multi-physical PEMFC model, a full two-dimensional multi-physical model is further presented. The proposed model covers electrical and fluidic domains with an innovative 2-D modeling approach. In order to accurately describe the characteristics of reactant gas convection in the channels and diffusion through the gas diffusion layer, the gas pressure drop in the serpentine pipeline is comprehensively analyzed by fully taking the geometric form of flow field into consideration, such as the reactant gas pressure drop due to the pipeline sharp and U-bends. Based on the developed 2-D fluidic domain modeling results, spatial physical quantity distributions in electrical domain can be further obtained. Therefore, this 2-D PEMFC model can be use to study the influences of modeling parameters on the local multi-dimensional performance prediction. The simulation and experimental test are then performed to validate the proposed 2-D model with a commercial Ballard NEXA 1.2 kW PEMFC stack.In chapter II, analyses of dynamic phenomena step responses are conducted based on the developed multi-physical dynamic PEMFC model using the relative gain array (RGA) method for various control input variables, in order to quantitatively analyze the coupling effects in different physical domains, such as the interactions of membrane water content and temperature. Based on the calculated values of relative gain array, the proposed model can be considered as a fuel cell MIMO system, which could be divided into two independent control sub-systems by minimizing parameter coupling effects between each other. Due to the closely coupled parameters in the proposed first control sub-system, a decoupling control method is recommended to achieve optimized control results. The coupling analysis presented in this thesis can help engineers to design and optimize the fuel cell control strategies, especially for the water and thermal management in fuel cell systems.

An der Universität Potsdam wird seit 2008 ein automatisiertes Verfahren angewandt, um Bruchparamter großer Erdbeben in quasi-Echtzeit, d.h. wenige Minuten nachdem sich das Beben ereignet hat, zu bestimmen und der Öffentlichkeit via Internet zur Verfügung zu stellen. Es ist vorgesehen, das System in das Deutsch-Indonesische Tsunamifrühwarnsystem (GITEWS) zu integrieren, für das es speziell konfiguriert ist. Wir bestimmen insbesondere die Dauer und die Ausdehnung des Erdbebens, sowie dessen Bruchgeschwindigkeit und -richtung. Dabei benutzen wir die Seismogramme der zuerst eintreffenden P Wellen vom Breitbandstationen in teleseimischer Entfernung vom Beben sowie herkömmliche Arrayverfahren in teilweise modifizierter Form. Die Semblance wir als Ähnlichkeitsmaß verwendet, um Seismogramme eines Stationsnetzes zu vergleichen. Im Falle eines Erdbebens ist die Semblance unter Berücksichtigung des Hypozentrums zur Herdzeit und während des Bruchvorgangs deutlich zeitlich und räumlich erhöht und konzentriert. Indem wir die Ergebnisse verschiedener Stationsnetzwerke kombinieren, erreichen wir Unabhängigkeit von der Herdcharakteristik und eine raum-zeitliche Auflösung, die es erlaubt die o.g. Parameter abzuleiten. In unserem Beitrag skizzieren wir die Methode. Anhand der beiden M8.0 Benkulu Erdbeben (Sumatra, Indonesien) vom 12.09.2007 und dem M8.0 Sichuan Ereignis (China) vom 12.05.2008 demonstrieren wir Auflösungsmöglichkeiten und vergleichen die Ergebnisse der automatisierten Echtzeitanwendung mit nachträglichen Berechnungen. Weiterhin stellen wir eine Internetseite zur Verfügung, die die Ergebnisse präsentiert und animiert. Diese kann z.B. in geowissenschaftlichen Einrichtungen an Computerterminals gezeigt werden. Die Internetauftritte haben die folgenden Adressen: http://www.geo.uni-potsdam.de/arbeitsgruppen/Geophysik_Seismologie/forschung/ruptrack/openday http://www.geo.uni-potsdam.de/arbeitsgruppen/Geophysik_Seismologie/forschung/ruptrack

Due to the recursive and integrative nature of zero-velocity-update-aided (ZUPT-aided) inertial navigation systems (INSs), the error covariance increases throughout each ZUPT-less period followed by a drastic decrease and large state estimate corrections as soon as ZUPTs are applied. For dead-reckoning with foot-mounted inertial sensors, this gives undesirable discontinuities in the estimated trajectory at the end of each step. However, for many applications, some degree of lag can be tolerated and the information provided by the ZUPTs at the end of a step can be made available throughout the step, eliminating the discontinuities. For this purpose, we propose a smoothing algorithm for ZUPT-aided INSs. For near real-time applications, smoothing is applied to the data in a step-wise manner requiring a suggested varying-lag segmentation rule. For complete off-line processing, full data set smoothing is examined. Finally, the consequences and impact of smoothing are analyzed and quantified based on real-data. / <p>QC 20130114</p>

Mobile data usage has been on the rise in relation to the streaming media such as video conferencing and online multimedia gaming. As a result, Long-Term Evolution (LTE) has earned a rapid rise in popularity during the past few years. The aim of this master’s thesis is to analyze the quality of service (QoS) performance and its effects when video is streamed over a GBR (Guaranteed bit rate) and non-GBR bearers over LTE. Using OPNET (Optimized Network Engineering Tool), the performance can be simulated having Downlink (DL) and Uplink (UL) scenarios for video conferencing including web traffic. Further we also measured the performance of packet End-to-End (E2E) delay, packet loss and packet delay variation (PDV). This thesis work is an empirical work, which can be followed up by further research propositions.

This thesis addresses real-time rendering techniques for 3D information lenses based on the focus & context metaphor. It analyzes, conceives, implements, and reviews its applicability to objects and structures of virtual 3D city models. In contrast to digital terrain models, the application of focus & context visualization to virtual 3D city models is barely researched. However, the purposeful visualization of contextual data of is extreme importance for the interactive exploration and analysis of this field. Programmable hardware enables the implementation of new lens techniques, that allow the augmentation of the perceptive and cognitive quality of the visualization compared to classical perspective projections. A set of 3D information lenses is integrated into a 3D scene-graph system: • Occlusion lenses modify the appearance of virtual 3D city model objects to resolve their occlusion and consequently facilitate the navigation. • Best-view lenses display city model objects in a priority-based manner and mediate their meta information. Thus, they support exploration and navigation of virtual 3D city models. • Color and deformation lenses modify the appearance and geometry of 3D city models to facilitate their perception. The presented techniques for 3D information lenses and their application to virtual 3D city models clarify their potential for interactive visualization and form a base for further development. / Diese Diplomarbeit behandelt echtzeitfähige Renderingverfahren für 3D Informationslinsen, die auf der Fokus-&-Kontext-Metapher basieren. Im folgenden werden ihre Anwendbarkeit auf Objekte und Strukturen von virtuellen 3D-Stadtmodellen analysiert, konzipiert, implementiert und bewertet. Die Focus-&-Kontext-Visualisierung für virtuelle 3D-Stadtmodelle ist im Gegensatz zum Anwendungsbereich der 3D Geländemodelle kaum untersucht. Hier jedoch ist eine gezielte Visualisierung von kontextbezogenen Daten zu Objekten von großer Bedeutung für die interaktive Exploration und Analyse. Programmierbare Computerhardware erlaubt die Umsetzung neuer Linsen-Techniken, welche die Steigerung der perzeptorischen und kognitiven Qualität der Visualisierung im Vergleich zu klassischen perspektivischen Projektionen zum Ziel hat. Für eine Auswahl von 3D-Informationslinsen wird die Integration in ein 3D-Szenengraph-System durchgeführt: • Verdeckungslinsen modifizieren die Gestaltung von virtuellen 3D-Stadtmodell- Objekten, um deren Verdeckungen aufzulösen und somit die Navigation zu erleichtern. • Best-View Linsen zeigen Stadtmodell-Objekte in einer prioritätsdefinierten Weise und vermitteln Meta-Informationen virtueller 3D-Stadtmodelle. Sie unterstützen dadurch deren Exploration und Navigation. • Farb- und Deformationslinsen modifizieren die Gestaltung und die Geometrie von 3D-Stadtmodell-Bereichen, um deren Wahrnehmung zu steigern. Die in dieser Arbeit präsentierten Techniken für 3D Informationslinsen und die Anwendung auf virtuelle 3D Stadt-Modelle verdeutlichen deren Potenzial in der interaktiven Visualisierung und bilden eine Basis für Weiterentwicklungen.

Une large quantité de données personnelles sont partagées en temps réel par des utilisateurs en ligne, utilisant de plus en plus des terminaux mobiles avec connexion sans-fil. L'industrie s'efforce d'accumuler et d'analyser ces données pour fournir de nouveaux services ou des améliorations. La recherche fournit un effort équivalent pour permettre de traiter ces données de façon sécurisée et protectrice de la vie privée. Les problèmes de performance des communications temps réels sur terminaux mobiles sur un canal sans-fil sont aussi étudiés. Les codes à effacement sont un moyen courant d'améliorer ces performances. Le secret sharing est un mécanisme permettant de partager des données privées, ne les révélant qu'à un groupe d'utilisateur choisi. Dans cette thèse, nous lions théoriquement les secret sharing schemes et les codes à effacement, pour fournir une source plus riche de solutions aux deux problèmes. Notre objectif est de fournir des solutions ayant le niveau de sécurité souhaité, tout en restant efficace et implémentable. Les contributions de cette thèse sont les suivantes. Nous évaluons l'applicabilité d'une nouvelle classe de codes à effacements à Maximum Distance Séparable (MDS) pour transférer du contenu temps réel à des terminaux mobiles, et nous démontrons que le code systématique réduit grandement la complexité d'exécution et la taille nécessaire des tampons en comparaison du code non systématique, faisant de lui un bon candidat pour une application mobile. Nous proposons un nouveau Layered secret sharing scheme pour le partage en temps réel de données sur des réseaux sociaux (OSNs pour Online Social Network). Le procédé permet de partager automatiquement un profile dans un groupe défini dans un OSN, en utilisant un multi-secret sharing scheme formé de multiples couches. Le procédé ne dépend nullement d'un tiers de confiance. Comparé à un partage simple de chaque attributs (pouvant être un texte, une image ou une vidéo), le procédé ne divulgue aucune information à propos de ce qui est partagé, pas même le nombre de ceux-ci, et il induit une augmentation relativement faible du temps de calcul et des données à envoyer. Finalement, nous étudions les liens entre les codes MDS et les secret sharing schemes, ayant pour motivation l'inefficacité du très populaire Shamir secret sharing scheme. Nous établissons les liens théoriques entre les deux domaines et nous proposons une nouvelle construction de strong ramp schemes à partir de codes MDS. Ceci permet d'utiliser les codes MDS existants et efficaces pour des applications de partage de secret et de calculs distribués et sécurisés. Nous évaluons et montrons une réduction significative de temps de calcul et du coût de communication en utilisant un strong ramp scheme, en comparaison avec le procédé de Shamir. / Data from both individuals and companies is increasingly aggregated and analysed to provide new and improved services. There is a corresponding research effort to enable processing of such data in a secure and privacy preserving way, in line with the increasing public concerns and more stringent regulatory requirements for the protection of such data. Secure Multi-Party Computation (MPC) and secret sharing are mechanisms that can enable both secure distribution and computations on private data. In this thesis, we address the inefficiencies of these mechanisms by utilising results from a theoretically related rich area, erasure codes. We derive links between erasure codes and secret sharing, and use Maximum Distance Separable (MDS) codes as a basis to provide real-time applications relying on private user's data, revealing this data only to the selected group (which can be empty). The thesis has three contributions. A new class of erasure code called on-the-fly coding, have been introduced for their improvements in terms of recovery delay and achievable capacity. However little is known about the complexity of the systematic and non-systematic variants of this code, notably for live multicast transmission of multimedia content which is their ideal use case. The evaluation of both variants demonstrate that the systematic code outperforms the non-systematic one in regard to both the buffer sizes and the computation complexity. Then, we propose a new Layered secret sharing scheme and its application to Online Social Network (OSN). In current OSN, access to the user's profile information is managed by the service provider based on a limited set of rules. The proposed scheme enables automated profile sharing in OSN's groups with fine grained privacy control, via a multi-secret sharing scheme comprising of layered shares, without relying on a trusted third party. We evaluate the security of the scheme and the resulting profile's level of protection in an OSN scenario. Finally, after showing that erasure codes are efficient for real-time applications and that the security offered by secret sharing schemes can be applied to real-case applications, we derive the theoretical links between MDS codes and secret sharing to enable the implementation of efficient secret sharing scheme built from MDS codes. To illustrate this efficiency, we implement two of these schemes and evaluate their benefits in regard to computation and communication costs in an MPC application.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / This project aims to develop a cloud-based platform that integrates sensors with business intelligence for real-time energy management at the plant level. It provides facility managers, an energy management platform that allows them to monitor equipment and plant-level energy consumption remotely, receive a warning, identify energy loss due to malfunction, present options with quantifiable effects for decision-making, and take actions, and assess the outcomes. The objectives consist of: 1. Developing a generic platform for the monitoring energy consumption of industrial equipment using sensors 2. Control the connected equipment using an actuator 3. Integrating hardware, cloud, and application algorithms into the platform 4. Validating the system using an Energy Consumption Forecast scenario A Demo station was created for testing the system. The demo station consists of equip- ment such as air compressor, motor and light bulb. The current usage of these equipment is measured using current sensors. Apart from current sensors, temperature sensor, pres- sure sensor and CO2 sensor were also used. Current consumption of these equipment was measured over a couple of days. The control system was tested randomly by turning on equipment at random times. Turning on the equipment resulted in current consumption which ensured that the system is running. Thus, the system worked as expected and user could monitor and control the connected equipment remotely.

<div><div><div><p>This project aims to develop a cloud-based platform that integrates sensors with business intelligence for real-time energy management at the plant level. It provides facility managers, an energy management platform that allows them to monitor equipment and plant-level energy consumption remotely, receive a warning, identify energy loss due to malfunction, present options with quantifiable effects for decision-making, and take actions, and assess the outcomes. The objectives consist of:</p><ol><li><p>Developing a generic platform for the monitoring energy consumption of industrial equipment using sensors</p></li><li><p>Control the connected equipment using an actuator</p></li><li><p>Integrating hardware, cloud, and application algorithms into the platform</p></li><li><p>Validating the system using an Energy Consumption Forecast scenario</p></li></ol><p>A Demo station was created for testing the system. The demo station consists of equipment such as air compressor, motor and light bulb. The current usage of these equipment is measured using current sensors. Apart from current sensors, temperature sensor, pres- sure sensor and CO2 sensor were also used. Current consumption of these equipment was measured over a couple of days. The control system was tested randomly by turning on equipment at random times. Turning on the equipment resulted in current consumption which ensured that the system is running. Thus, the system worked as expected and user could monitor and control the connected equipment remotely.</p></div></div></div>