Jia Lei Du
Zellenbasierte Dienst-Entdeckung
für Roboternetzwerke
Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn – Paderborn – 2008
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Satz und Gestaltung: Jia Lei Du
Hersteller: Verlagshaus Monsenstein und Vannerdat OHG
Druck · Buch · Verlag
Münster
Printed in Germany
Bibliografische Information Der Deutschen Bibliothek
Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen National-
bibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.ddb.de
abrufbar
Geleitwort
Verbindendes Forschungsziel der von mir geleiteten Fachgruppe Schaltungstechnik ist der
systematische Entwurf und der bedarfsgerechte Einsatz von mikroelektronischen Systemen in
konkreten Anwendungen der Informations- und Automatisierungstechnik. Unsere Aktivitäten
umfassen Arbeiten auf System- und Schaltkreisebene sowohl in digitaler als auch analoger
Schaltungstechnik. Besondere Berücksichtigung finden massiv-parallele
Realisierungsvarianten sowie die Bewertung der Ressourceneffizienz entsprechender
Implementierungen. Ressourceneffizienz bedeutet hier, mit den physikalischen Größen Raum,
Zeit und Energie sorgfältig umzugehen.
Die zunehmende Verfügbarkeit von kostengünstigen mobilen Roboterplattformen hat in den
letzten zehn Jahren zu einem verstärkten Forschungsinteresse an Multi-Roboter-Systemen
geführt, die eine größere Robustheit und eine höhere Effizienz bei der Lösung von
komplexen Aufgabenstellungen ermöglichen. Der Entwurf, die Implementierung und die
Evaluation von kooperierenden Robotergruppen beinhalten eine Vielzahl von neuen
wissenschaftlichen und technischen Herausforderungen. Eine davon ist die Erforschung von
geeigneten Kooperationsmodellen. Die aus der Informatik bekannten Multiagentensysteme
können für Multi-Roboter-Systeme nicht direkt angewandt werden, da letztere als
physikalische Objekte in physikalischen Umgebungen agieren müssen.
Herr Jia Lei Du beschäftigt sich in seiner Arbeit mit der Frage, wie in einem Netzwerk aus
heterogenen, lose gekoppelten Robotern effizient diejenigen Roboter lokalisiert werden
können, die einen gewünschten Dienst anbieten. Zur Lösung dieser Aufgabenstellung greift er
auf Konzepte aus dem Bereich der servicebasierten Software-Architekturen zurück. Ser-
vicebasierte Architekturen haben das Potential, die Entwicklung und die Nutzung großer
Multi-Roboter-Systeme zu vereinfachen. Die effiziente Dienst-Entdeckung ist eine
grundlegende Komponente in servicebasierten Systemen.
Im Rahmen seiner wissenschaftlichen Arbeiten hat Herr Jia Lei Du ein neues Protokoll zur
zellenbasierten Dienst-Entdeckung (CSD) entwickelt, mit Hilfe von Simulationen analysiert
und prototypisch auf Minirobotern realisiert. CSD basiert auf einer gitterartigen Zellenstruktur
des Operationsgebietes der Roboter mit jeweils einem Hauptknoten pro Zelle, der die Dienste
anderer Roboter (Knoten) der Zelle verwaltet. Durch die Einführung einer Zellenstruktur wird
der Einfluss von Knotenbewegungen auf die Netzwerkverwaltung reduziert. Wird ein Dienst
nicht in einer Zelle gefunden, werden Hauptknoten benachbarter Zellen befragt. Als wichtige
Kenngrößen für die Beurteilung der Leistungsfähigkeit werden die Anzahl der Zellenwechsel
der Roboter (Knoten), die Quote der erfolgreichen Dienst-Entdeckungen, das Nachrichtenauf-
kommen sowie die Latenz zwischen Suchanfrage und Suchergebnis herangezogen. Die
Simulationsergebnisse bestätigen seine formalen Schlussfolgerungen, dass CSD eine
skalierbare und gute Lösung für Roboternetzwerke mit mittlerer bis hoher Mobilität der
Netzwerkteilnehmer ist.
Herr Jia Lei Du hat seine Dissertation im Graduiertenkolleg „Automatische Konfigurierung in
offenen Systemen“ durchgeführt. Der Deutschen Forschungsgemeinschaft sei an dieser Stelle
noch einmal ausdrücklich für die finanzielle sowie strukturelle Unterstützung und das damit
verbundene Vertrauen gedankt.
Prof. Dr.-Ing. Ulrich Rückert
FAKULTÄT FÜR
ELEKTROTECHNIK,
INFORMATIK UND
MATHEMATIK
Zellenbasierte Dienst-Entdeckung für Roboternetzwerke
Zur Erlangung des akademischen Grades
DOKTORINGENIEUR (Dr.-Ing.)
der Fakultät für Elektrotechnik, Informatik und Mathematik
der Universität Paderborn
vorgelegte Dissertation
von
Dipl.-Ing. Jia Lei Du
Shaoxing
Referent: Prof. Dr.-Ing. Ulrich Rückert
Korreferent: Prof. Dr. Friedhelm Meyer auf der Heide
Tag der mündlichen Prüfung: 30.05.2007
Paderborn, den 30.05.2007
Diss. EIM-E/232
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