Seminar Kommunikation und Multimedia: "Cyber-Physical Systems" (Bachelor)

Pairing Vehicular Cyber-Physical Systems such as modern, possibly electric cars with the virtually unlimited ressources in the cloud, most notably in terms of computational power or storage space, enables a whole set of new applications that may enhance the safety of road users including pedestrians for example through collision warning systems or applications that improve the overall experience, e. g. by reducing the search time for a parking spot or navigation services aware of traffic density and cogestion, etc.

This seminar shall give an concise and in-depth overview on proposed systems that couple Vehicular CPS with cloud infrastructure or services, respectively. Systems shall be presented especially with respect to their architecture, targeted applications and the communication between CPSs and the cloud infrastructure.

• "VCPS: Vehicular Cyber-physical Systems for Smart Road Services"
• "Context-aware vehicular cyber-physical systems with cloud support: architecture, challenges, and solutions"
• "Towards a Vehicular Cloud - Using Parked Vehicles as a Temporary Network and Storage Infrastructure"

Many of these new cyber-physical systems will involve humans, i.e., humans and complex cyber-phyiscal architectures will interact on a daily basis. Example applications for such Human-in-the-Loop Systems are energy management, health care, robots for disabled people, and autombile systems. One of the biggest challenge is how to integrate humans without too much disturbance, i.e., how user interfaces should be designed and how cyber-physical systems can integrate seamlessly into a daily routine.

This seminar should present selected example scenarios and current research in Human-in-the-Loop Systems.

• Cyber Physical System Challenges for Human-in-the-Loop Control
• Medical cyber physical systems
• The Future of Human-in-the-Loop Cyber-Physical Systems
• Brain-coupled interaction for semi-autonomous navigation of an assistive robot
• Lullaby: A Capture and Access System for Understanding the Sleep Environment
• The smart thermostat: using occupancy sensors to save energy in homes

In den vergangen Jahren sind mehr und mehr Plattformen erschienen, welche es Hobbyanwendern erlauben, CPS selber zu entwickeln und programmieren. In diesem Seminarthema soll versucht werden, einen geschichtlichen Abriss darzulegen und Möglichkeiten, Einschränkungen und Unterschiede aufzuzeigen.

Neben der Darstellung von Plattformen soll insbesondere auch auf Kommunikationssysteme eingegangen werden. Es sollen verschiedene Medien gezeigt und deren Anwendungsgebiete beschrieben werden. Es sollen sowohl kabelgebundene Busse als auch Funktechnologien betrachtet werden.

• Raspberry Pi
• Arduino

Sensoren und Aktoren sind mittlerweile in einer Vielzahl vorhanden und können in jedem Haushalt eingesetzt werden. Bei Neubauten ist eine Integration bereits während der Planungsphase mögilch. Wie ist es jedoch mit bestehenden Gebäuden und welche Potentiale gibt es?

In dieser Seminaratbeit soll die Frage geklärt werden, welche Möglichkeiten es gibt auch die bestehende Infrastruktur 'smart' zu gestallten. Welche Möglichkiten gibt es gibt und wie man davon profitieren kann?

Nachfolgende Beispiele zeigen lediglich zwei mögliche Ansätze:

• Indoor Location for Households
• Energy Saving by hot water recirculation

Navigationsanwendungen für Personen oder Roboter in Innenräumen sind aktuell ein wichtiger Gegenstand der Forschung. Es soll ein Überblick über verschiedene Aspekte probabilistischer Verfahren gegeben werden.

• Localization systems for wireless sensor networks
• Robust, probabilistic, constraint-based localization for wireless sensor networks
• Localization in Wireless Sensor Networks: A Probabilistic Approach

Die Nutzung von Cyber-Physischen Systemen (CPS) kann auch unter Wasser von großem Interesse sein, wobei herkömmliche Funktechnologien nur sehr schlecht bis gar nicht funktionieren. Dennoch werden (zumindest bei kurzen Distanzen) aktuelle Technologien wie RFID und NFC eingesetzt -- zur (schmalbandigen) Kommunikation oder zur Identifikation von Objekten.

In dieser Seminararbeit sollen die Möglichkeiten und Grenzen von verschiedenen Funktechnologien (RFID/NFC) aufgezeigt werden, unter Wasser zu kommunizieren, bzw. Objekte zu identifizieren.