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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-71371
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/7137/


Ooi, Chia Ching

Synergy of communications and mobility in mobile wireless networks

Synergie von Kommunikation und Mobilität in mobilen drahtlosen Netzwerke

Dokument1.pdf (4.027 KB) (md5sum: 8799a9f533447c91036c1c7b908764cd)

Kurzfassung in Englisch

Controllable mobility has been identified as being beneficial in wireless networks such as wireless sensor networks. Meanwhile, many robotic applications have benefited from the wireless communication capability of individual robots in multi-robot systems. This evolution has resulted in the development of many devices capable of both motion control and communications. Though the robotics and networking research communities have presented the advantages of each capability separately through numerous outcomes, the synergy of both are still unclear due to little ongoing work. The co-location of the motion and task control systems with the communications mechanisms in a mobile node not only enables the co-exploitation of individual subsystems, but also provides a completely new kind of networked autonomy. This thesis aims to investigate the potential synergy of communication and motion control modules ingrained in two special wireless networks: multi-robot networks and hybrid networks of robots and sensors. We are interested in the interaction between communication and mobility, especially on how their cooperation can improve the energy efficiency of a node, and how they assist and enhance each other in achieving a common goal. We show the synergy of communication and mobility we discovered in two parts of the thesis. In the first part, we study how the sum of the energy consumed by a robot for communications and motion can be optimized. We introduce PCM-Dijkstra-Refinement algorithm to compute a minimal energy path for a robot that has to transmit data while moving. Through a simulation platform, we show that high energy efficiency can be achieved through controlled mobility. In the second part of the thesis, we investigate a mobile target tracking application in a hybrid network of robots and sensors. We study how this application can benefit from the cooperation between mobility and communications among the participating nodes. We present two strategies that utilize relay mobility, and the information of target state and sensing coverage holes. Then, we evaluate each of them in dense and sparse networks respectively. Our simulation results show that the synergy of node mobility and communications can help the group of tracking nodes achieve a mutual objective.


Kurzfassung in Deutsch

Kontrollierbare Mobilität hat sich als vorteilhaft erwiesen in drahtlosen Netzwerken wie zum Beispiel drahtlosen Sensornetzen. Unterdessen haben viele Anwendungen aus der Robotik einen Nutzen aus der drahtlosen Kommunikationsfähigkeit einzelner Roboter in Multi-Roboter-Systemen gezogen. Dies hat zur Entwicklung vieler Geräte geführt, die sowohl zur Bewegungssteuerung als auch zur Kommunikation fähig sind. Obwohl auf den Gebieten der Robotik und der Rechnernetze die Vorteile jeder einzelnen Fähigkeit durch zahlreiche Ergebnisse belegt wurden, liegt die Synergie von beiden auf Grund der geringen Anzahl an aktuellen Arbeiten weiterhin im Unklaren. Das Zusammenführen von Bewegungs- und Aufgabensteuerungsystemen mit den Kommunikationsmechanismen in einem mobilen Knoten ermöglicht nicht nur die Zusammenarbeit der einzelnen Subsysteme, sondern liefert auch eine vollständig neue Art der vernetzten Autonomie. Diese Dissertation zielt darauf ab, die mögliche Synergie der Kommunikations und
Bewegungssteuerungsmodule in zwei speziellen drahtlosen Netzwerken zu untersuchen: Multi-Roboter-Netze und hybride Netze aus Robotern und Sensoren. Wir sind an der Interaktion zwischen Kommunikation und Mobilität interessiert, insbesondere wie durch ihre Kooperation die Energieeffizienz eines Knotens verbessert werden kann und wie sie sich gegenseitig unterstützen und aufwerten bei der Erreichung eines gemeinsames Ziels. Wir zeigen die Synergie von Kommunikation und Mobilität, die wir entdeckt haben, in zwei Teilen der Dissertation. Im ersten Teil befassen wir uns damit, wie die Summe der Energie, die durch einen Roboter für Kommunikation und Bewegung verbraucht wird, optimiert werden kann. Wir führen dazu den
PCM-Dijkstra-Refinement-Algorithmus ein, um einen energieoptimalen Pfad für einen Roboter zu berechnen, der Daten beim Bewegen übertragen muss. Mit Hilfe einer Simulationsplattform zeigen wir, dass eine hohe Energieeffizienz durch kontrollierte Mobilität erzielt werden kann. Im zweiten Teil der Dissertation untersuchen wir die Verfolgung eines beweglichen Ziels in einem hybriden Netzwerk aus Robotern und Sensoren. Wir untersuchen, wie diese Anwendung von der Kooperation zwischen Mobilität und Kommunikation unter den teilnehmenden Knoten profitieren kann. Wir präsentieren zwei Strategien, die sowohl Relay-Mobilität als auch Informationen über den Zustand des Ziels und fehlende Sensorabdeckung verwenden. Dann evaluieren wir diese jeweils in Netzwerken mit geringer und hoher Dichte. Unsere Simulationsergebnisse zeigen, dass die Synergie von Knoten-Mobilität und Kommunikation der Gruppe der verfolgenden Knoten helfen kann, ein gemeinsames Ziel zu erreichen.


SWD-Schlagwörter: Verteilter Algorithmus , Künstliche Intelligenz , Funknetz
Freie Schlagwörter (deutsch): Kontrollierbare Mobilität , Wegplanung , Energie , fehlende Sensorabdeckung , Zielverfolgung
Freie Schlagwörter (englisch): controllable mobility , path planning , energy , sensing coverage holes , target tracking
CCS Klassifikation I.2.11 Dis , C.2.1 Netw , C.2.4 Dist
Institut: Institut für Informatik
Fakultät: Technische Fakultät (bisher: Fak. f. Angew. Wiss.)
DDC-Sachgruppe: Informatik
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Schindelhauer, Christian (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 21.12.2009
Erstellungsjahr: 2009
Publikationsdatum: 11.01.2010
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