Koordination zwischen Luftschiffen mittels Rollen auf Basis eines dvSIS

Sensornetze bestehen aus Einzelsystemen, die über Sensoren, einen Prozessor und Speicher sowie ein Funkinterface verfügen. Das Sensornetzwerk soll als Gesamtheit der Einzelsysteme komplexere Problemstellungen wie z.B. die Analyse von Bewegungen von Feuerfronten bei Waldbränden bewältigen können, obwohl die Einzelsysteme nur einfache Aufgaben wie beispielsweise Temperaturmessungen durchführen können. Um derartige Ziele erreichen zu können, ist Koordination von entscheidender Bedeutung.

Im Rahmen des SWARMS Projektes (www.swarms.de) entwickelt das IBR Programmiermethodiken für Schwärme von kooperierenden Geräten (speziell: Sensornetze). Sie basieren auf einem sogenannten distributed virtual shared information space (dvSIS). Es handelt sich um einen verteilten Informationspool, der aus selbstbeschreibenden, semistrukturierten Informationskomponenten besteht, die sowohl den Schwarm selber wie auch Umweltbeobachtungen beschreiben. Jedes Gerät speichert eines Ausschnitt des dvSIS, und fügt ihm Informationen hinzu. Nach bestimmten Regeln tauschen die Geräte Informationen zwischen ihren Ausschnitten aus, so dass Informationen durch das Netz diffundieren.

Am IBR wird momentan eine Hardwareplattform aus Sensorknoten und Lufschiffen entwickelt, die es den Knoten ermöglicht, die Motoren der Luftschiffe zu steuern. In Kombination mit einem System zur Positionsbestimmung können die Lufschiffe auf diese Weise autonom fliegen. Die Aufgabe besteht nun darin, dass eine Gruppe solcher Luftschiffe "auf Zuruf" bestimmte geometrische Figuren (wie Linien oder Kreise) bilden soll.

Die Herausforderungen bei dieser Diplomarbeit sind zweifaltig. Zum einen ist die Regelung des Fluges der Luftschiffe zu bewältigen: sie umfasst die Steuerung der Motoren mit Hilfe der zur Verfügung stehenden API auf der Basis des Feedbacks des Positionsbestimmungssystems. Ergebnis dieses Arbeitsschrittes könnte ein API mit Funktionen wie flyto(x,y,z) sein. Um dann mit Hilfe diese API geometrische Figuren bilden zu können, ist eine Koordination zwischen den einzelnen Schwarmmitgliedern erforderlich. Dazu soll ein Modell aus Rollen und Situationen verwendet werden. Je nach Rolle, die die einzelnen Geräte einnehmen, verhalten sie sich unterschiedlich, um so gemeinsam ihr Ziel zu erreichen. Dazu sind einerseits die erforderlichen Datenmodellierungen zur Darstellung von Rollen und Situationen in den einzelnen Geräten auf Basis des dvSIS zu entwickeln. Andererseits müssen verteilte Algorithmen entwickelt und erprobt werden, die das Aushandeln der Rollen ermöglichen. Basis dafür ist eine vorhergehende Sichtung und Analyse der einschlägigen Literatur.

Anschließend sind die vorgenannten Bausteine zu einer funktionierenden Anwendung zu integrieren. Zuletzt sind die Arbeiten sorgfältig in der eigentlichen Diplomarbeit zu dokumentieren.