Bitte benutzen Sie diese Kennung, um auf die Ressource zu verweisen: http://dx.doi.org/10.18419/opus-3087
Autor(en): Weinschrott, Harald
Titel: Quality-aware coordination in public sensing
Sonstige Titel: Qualitätsbewusste Koordination im Public Sensing
Erscheinungsdatum: 2013
Dokumentart: Dissertation
URI: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:93-opus-85239
http://elib.uni-stuttgart.de/handle/11682/3104
http://dx.doi.org/10.18419/opus-3087
Zusammenfassung: The evolution and proliferation of mobile sensing platforms such as mobile phones, enables services that analyze and adjust to the state of the real world. Billions of mobile phones around the globe seamlessly integrated into our life enable the vision of public sensing, i.e., monitoring and detecting a variety of physical phenomena by continuously collecting an abundance of sensor data. To exploit the enormous sensing capabilities, sensing may not interfere with normal operation of mobile phones. Furthermore, since mobile phones are battery powered, sensor data collection needs to be energy efficient and, thus, limited to the required data. Therefore, this dissertation presents a public sensing approach that opportunistically collects sensor data. To specify and assess the quality of the data, spatial and temporal coverage metrics are devised. Virtual sensors are introduced as a data-centric abstraction to cope with the dynamic availability of mobile phones by decoupling applications from physical devices. More precisely, this dissertation addresses three major classes of virtual sensors that allow applications to request sensor data intuitively based on spatial, temporal, and quality requirements. For each of the three classes of virtual sensors, this dissertation presents centralized and distributed algorithms for the selection and coordination of mobile phones according to the sensing requirements, while minimizing the energy consumption. In order to cope with the varying availability of physical sensors, the dissertation shows how to monitor the progress of sensing and how to adapt sensing to changes of movement. Moreover, this dissertation shows how to adapt the coordination mechanisms to the density of participating devices. As a basis for the coordination algorithms, this dissertation presents basic group communication mechanism. These mechanisms allow to address specific devices based on their symbolic location. In essence, a routing structure that mimics the location model is created and proactively maintained. With a symbolic location model that matches the structure of the virtual sensors, this communication abstraction allows to easily identify and address nodes relevant for the coordinated data acquisition of the virtual sensors.
In den letzten Jahren hat die Entwicklung mobiler Endgeräte und der Sensortechnologie dazu geführt, dass Milliarden leistungsfähiger Sensoren uns im täglichen Leben umgeben. Mittels dieser Geräte ist es möglich, den Zustand der realen Welt zu erfassen und Anwendungen entsprechend zu adaptieren. Die Umsetzung dieser Vision ist das Ziel des Forschungsgebiets Public Sensing. Durch die Ubiquität der mobilen Endgeräte werden Erfassungsszenarien möglich, die weit über jene der traditionellen Sensornetze hinausgehen. Zusätzlich zur Datenerfassung mit persönlichem Nutzen, sind unter anderem Szenarien in den Bereichen Forschung, Wirtschaft und Städteplanung denkbar. Die Verwirklichung dieser Szenarien hängt von der weiteren technologischen Entwicklung ab. Bereits heute sind Smartphones äußerst leistungsfähig. In Zukunft wird sich die Menge der Sensoren, die in diese Geräte integriert sind, noch weiter erhöhen. Darüber hinaus wird die Kommunikationsinfrastruktur vielfältiger werden und überall auf der Welt den Zugriff auf Sensordaten erlauben. Der Trend zur Partizipation an Projekten wie OpenStreetMap zeigt, dass eine hohe Akzeptanz des Public Sensing zu erwarten ist. Um jedoch großflächig Public Sensing betreiben zu können, müssen einige Herausforderungen bewältigt werden. Die Teilnahme an solchen Aktivitäten muss für die Besitzer der mobilen Endgeräte möglichst einfach sein und sie darf die primären Funktionen der Geräte nicht negativ beeinflussen. Dies erfordert in erster Linie eine energieschonende Datenerfassung und somit nur die Erfassung der tatsächlich benötigten Daten. Weiterhin bedeutet das aber auch, dass die Mobilität der Nutzer nicht kontrolliert werden kann. Darüber hinaus ist es notwendig die Qualität der erfassten Daten zu bewerten und gegebenenfalls auch Daten bestimmter Qualität anfordern zu können. Für beides sind entsprechende Metriken notwendig. Eine weitere Herausforderung ist die hohe Dynamik eines solchen Systems. Deshalb müssen Anwendungen von den physischen Geräten zur Datenerfassung entkoppelt werden. Der Fokus dieser Dissertation lässt sich anhand mehrerer Dimensionen aufzeigen. Die erste Dimension ist die Größenordnung des betrachteten Systems. Hier liegt der Fokus auf großen Systemen, die die Kombination vieler Einzelmessung erfordern, um ein Phänomen als Ganzes abzubilden. Die zweite Dimension ist der Grad der Nutzerbeteiligung. Hier liegt der Fokus auf einem System das ohne aktive Teilnahme der Nutzer auskommt und somit die geringste Einschränkung für den Nutzer bedeutet. Die dritte Dimension betrifft das Kommunikationssystem. Da hier in Zukunft von hybriden Netzen auszugehen ist, legt diese Dissertation den Fokus auf eben diese. Diese Dissertation umfasst die Beobachtung von Umweltphänomenen und von mobilen Objekten. Diese Dissertation liefert mehrere Beiträge zum Stand der Wissenschaft. Zunächst werden eine Schichtenarchitektur sowie eine datenzentrische Schnittstelle präsentiert. Kern dieser Schnittstelle sind die sog. virtuellen Sensoren, die es Anwendungen erlauben, Daten mit definiertem räumlichem, zeitlichem und qualitativem Bezug anzufordern. Der zweite Beitrag dieser Dissertation sind drei Metriken, um Qualitätsanforderungen zu spezifizieren: räumliche, zeitliche und räumlich-zeitliche Abdeckung. Der dritte Beitrag sind zentralisierte sowie verteilte Algorithmen zur Datenerfassung entsprechend der Anforderungen hinsichtlich der drei Metriken. Ziel dieser Algorithmen ist die effiziente Datenerfassung entsprechend der Anforderungen. Zum Umgang mit der Dynamik des Systems bietet die Dissertation Mechanismen zur Überwachung des Erfassungsfortschritts und zur Adaption der Erfassung. Darüber hinaus beschreibt die Dissertation Mechanismen zur Gruppenkommunikation basierend auf symbolischen Lokationsmodellen.
Enthalten in den Sammlungen:05 Fakultät Informatik, Elektrotechnik und Informationstechnik

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