ALF: Autonomes Lokalisierungsframework


Drahtlose Sensor- und Aktornetzwerke, bestehend aus beweglichen und vollständig autonomen Knoten, sind dafür vorgesehen, in beliebiger Umgebung eingesetzt zu werden. Vor allem in unbekannten Umgebungen sind Positionsinformationen, welche unverzichtbar für die Abstimmung zwischen Sensor- und Aktorknoten sind, immer noch eine Herausforderung. Für eine Vielzahl von Anwendungen ist es unabdingbar, dass Knoten genaue Lageinformationen erhalten. Diese Informationen können durch ein Lokalisierungssystem bereit gestellt werden. GPS kann wegen der begrenzten Verfügbarkeit innerhalb von Gebäuden sowie der möglicherweise zu geringen Genauigkeit nicht immer eingesetzt werden. In solchen Fällen werden Lokale Positionierungssysteme (LPS) verwendet. Obwohl diese Systeme die Aufmerksamkeit vieler Forscher auf sich ziehen, hat sich noch Keines durchgesetzt. Die größte Herausforderung für ein universell einsetzbares LPS ist, dass es sich in unbekannten Umgebungen autonom initialisieren kann. Das System soll nicht auf manuelle Interaktionen oder eine zentrale Recheneinheit angewiesen sein, denn dadurch werden die Verwendungsmölichkeiten eingeschränkt. Weitere wichtige Eigenschaften sind Skalierbarkeit, die Fähigkeit, sich an veränderte Umgebungen anzupassen und der Verzicht auf Vorwissen. Keine der bereits bestehenden Lösungen bietet alle diese Eigenschaften. Es wurde ein Autonomes Lokalisierungsframework (ALF) entwickelt, das ohne Verwendung von globalem Wissen eine Lokalisierung von selbst organisierenden und verteilten Systemen ermöglicht. Basierend auf einfachen Entfernungsmessungen und drahtloser Kommunikation, verteilen sich mobile Bodenroboter strategisch sinnvoll in einer beliebigen Umgebung. Anschließend bilden sie völlig dezentral und verteilt ein Referenzgitter. Dieses Referenzgitter, welches ein Koordinatensystem darstelt, ermöglicht es Knoten, ihre Position in Relation zu allen anderen zu bestimmen. Das System übertrifft andere Ansätze im Hinblick auf Skalierbarkeit, Robustheit und Genauigkeit. Zudem ist es vollständig hardwareunabhängig und berücksichtigt zeitliche Anforderungen. Zur Untermauerung der Behauptungen wurde gezeigt, dass es auf Grundlage von ALF sogar möglich ist, einen Quadrokopter autonom fliegen zu lassen.

  • Schlüsselwörter: WSN (Wireless Sensor Network), MANET (Mobile Ad-hoc Network), Localization
  • Projektdauer: 2008-06-01 - 2012-12-31

Projektmitglieder

  1. Jürgen Eckert, Reinhard German und Falko Dressler, "On Autonomous Indoor Flights: High-Quality Real-Time Localization using Low-Cost," Proceedings of IEEE International Conference on Communications (ICC 2012), IEEE Workshop on Wireless Sensor Actor and Actuator Networks (WiSAAN 2012), Ottawa, Canada, pp. 7093-7098, Juni 2012  
  2. Jürgen Eckert, Hermann Lichte, Falko Dressler und Hannes Frey, "On the Feasibility of Mass-Spring-Relaxation for Simple Self-Deployment," Proceedings of 8th IEEE/ACM International Conference on Distributed Computing in Sensor Systems (DCOSS 2012), Hangzhou, China, pp. 203-208, Mai 2012  
  3. Jürgen Eckert, "Autonomous Localization Framework for Sensor and Actor Networks," Erlangen, 2012
  4. Jürgen Eckert, Felix Villanueva, German und Falko Dressler, "Distributed Mass-Spring-Relaxation for Anchor-free Self-localization in Sensor and Actor Networks," Proceedings of 20th IEEE International Conference on Computer Communication Networks (ICCCN 2011), Maui, HI, pp. 1-8, August 2011  
  5. Jürgen Eckert, Reinhard German und Falko Dressler, "ALF: An Autonomous Localization Framework for Self-Localization in Indoor Environments," Proceedings of 7th IEEE/ACM International Conference on Distributed Computing in Sensor Systems (DCOSS 2011), Barcelona, Spain, pp. 1-8, Juni 2011  
  6. Jürgen Eckert, Felix Villanueva, Reinhard German und Falko Dressler, "Considerations on Quality Metrics for Self-localization Algorithms," Proceedings of 5th IEEE/IFIP International Workshop on Self-Organizing Systems (IWSOS 2011), Karlsruhe, Germany, pp. 104-115, Februar 2011  
  7. Jürgen Eckert, Reinhard German und Falko Dressler, "An Indoor Localization Framework for Four-rotor Flying Robots Using Low-power Sensor Nodes," in IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement Bd. 60 (2), pp. 336-344, 2011  
  8. Jürgen Eckert, Felix Jesus Villanueva Molina, Reinhard German und Falko Dressler, "A Self-Organizing Localization Reference Grid," Proceedings of 16th ACM International Conference on Mobile Computing and Networking (MobiCom 2010), Poster Session, Chicago, IL, pp. 1-3, September 2010  
  9. Jürgen Eckert, Felix Villanueva, Reinhard German und Falko Dressler, "A Self-Organizing Localization Reference Grid," in ACM SIGMOBILE Mobile Computing and Communications Review Bd. 14 (3), pp. 4-6, 2010  
  10. Jürgen Eckert, Falko Dressler und Reinhard German, "Real-time Indoor Localization Support for Four-rotor Flying Robots using Sensor Nodes," Proceedings of IEEE International Workshop on Robotic and Sensors Environments (ROSE 2009), Lecco, Italy, pp. 23-28, November 2009  
  11. Jürgen Eckert, Kemal Köker, Philipp Luchscheider, Falko Dressler und Reinhard German, "Self-localization Capable Mobile Sensor Nodes," Proceedings of IEEE International Conference on Technologies for Practical Robot Applications (TePRA 2009), Woburn, MA, USA, pp. 224-229, November 2009