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Studienabschlussarbeiten

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Erstellt: Sat, 11 Jul 2020 23:00:49 +0200 in 0.0532 sec


A study of multichannel biomedical data streams, using machine learning methods with regard to an implementation in embedded systems. - Ilmenau. - 53 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019

Erkrankungen des Herzkreislaufsystems sind einer der häufigsten Todesursachen in Deutschland und stellen damit einen enormen Kostenfaktor im Gesundheitssystem dieses Landes dar. Auf der Basis der Aufahme und Auswertung des Elektrokardiogramms (EKG) lassen sich auf nichtinvasive Weise vom Arzt Aussagen zur Herzfrequenz, zum Herzrythmus, zur Vorhoftätigkeit, zu Extrasystolen zum Vorliegen eines akuten oder zurückliegenden Herzinfrakts und anderen Erscheinungen/Erkrankungen machen. Bereits seit dem 70er Jahren wird daran gearbeitet, mit mathematischen Methoden dem Kardiologen zur Unterstützung ein Werkzeug in die Hand zu geben, welches die gewonnen Signale automatisch verarbeitet und interpretiert. Ein besonderes Augenmerk liegt dabei auf der Detektion von QRS-Komplexen. Dazu gibt es bereits eine Vielzahl von Methoden und Algorithmen. Im Rahmen dieser Bacherarbeit geht es darum (angewandt auf einen seht großen EKG-Datensatz) geeignete mathematische Methoden des maschinellen Lernens zu finden, die in der Lage sind "ähnliche" QRS-Komplexe zu erkennen, diese zu einer intelligen Datenredukltion zu nutzen und so eine Klassifizierung durchzuführen. Ein weiterer Schwerpunkt ist dabei das Finden geeigneter aussagekräftiger Merkmale, die eine gute Clusteranalyse ermöglichen und zur Verbesserung der Klassifikationsergebnisse beitragen.



Burki, Mohsin Khan;
Network aware service placement in wireless mesh network. - Ilmenau. - 78 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Mit dem Fortschritt der Funktechnik, verbreitet sich die Service-Platzierung in WMNs zunehmend. Dies liegt hauptsächlich an der einfachen Bereitstellung, Skalierbarkeit und Flexibilität der drahtlosen Netzwerke. Falsche Platzierungen von Diensten führt zu einer schlechten Leistung. Durch überlastete Knoten und Verbindungen beeinträchtigt dies den Nutzer der Dienste. Der Algorithmus NASAP wurde entwickelt, um dieses Problem zu lösen. Der Algorithmus berücksichtigt die Eigenschaften des zugrundeliegenden Netzwerks, indem er Packet-Folgen verschickt, um das Netzwerk zu messen. Diese Folgen halten den Mehraufwand bei der Messung des Netzes gering und sorgen für eine schnelle Berechnung der Ergebnisse. Der Hauptbaustein des Algorithmus ist die Identifizierung der Service-Anforderungen auf der Grundlage der beiden wichtigsten Parameter der Servicequalität, nämlich bitratenintensive und latenzempfindliche Dienste. Mit NASAP wurde der Gesamtdurchsatz für 60% der Benutzer um bis zu 15% verbessert. Die Serviceantwortzeit verbessert sich auch, wenn viele Dienste bereitgestellt werden und eine große Anzahl von Benutzern mit diesen diensten kommunizieren. Darüber hinaus werden die Ressourcen der Knoten ausgewogene verteilt und dadurch eine Auslastung einzelner Knoten verhindert.



Altenburg, Sophie;
A software architecture for reproducible and consistent scientific simulations. - Ilmenau. - 70 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019

Wissenschaftliche Simulationen müssen konsistent und reproduzierbar sein und müssen, z.B. in Parameterstudien, oft für einen umfangreichen Katalog an Parameterkombinationen durchgeführt werden. Dabei unterliegen sie häufiger Überarbeitung, was sie für Inkonsistenz in Zwischenergebnissen anfällig macht. Trotzdem ist das erneute Berechnen jedes Ergebnisses bei jeder Änderung aus Effizienzgründen keine Lösung. Kern dieser Arbeit ist daher die Konzeptionierung einer Software-Architektur, die sich der konsistenten und reproduzierbaren Ausführung solcher Simulationen widmet. Angelehnt an Flow-Programmierung wird eine Simulation mittels gerichtetem Graph als Workflow dargestellt. Besonderheiten in der Repräsentation der untersuchten Architektur sind "collect"-Schritte, die (Zwischen-)Ergebnisse mehrerer Parametersets zusammenfassen und einzelne Ausführungszweige mit ungünstigen Parameterkombination kontrolliert abzubrechen. Zusätzlich nutzt der Algorithmus Nebenläufigkeiten im Workflow. Das konsistente Speichern der Ergebnisse wird von einem Cache mit Hilfe von Hashing als Konsistenzkontrolle für Zwischenergebnisse übernommen. Ziel der Architektur ist, Simulationen in einzelne, teils parallelisierbare Schritte herunter zu brechen, die leicht änderbar bleiben und gleichzeitig konsistente Ergebnisse zu liefern. Die Bewertung der Architektur erfolgt mit Fokus auf Reproduzierbarkeit und Konsistenz der Ergebnisse, Effizienz steht erst an zweiter Stelle. Dieses Ziel sowie alle in der Arbeit aufgeführten Muss-Kriterien wurde erfüllt.



Miethe, Sebastian;
Evaluation der Interoperabilität unterschiedlicher Protokollimplementierungen für drahtlose Sensornetze. - Ilmenau. - 136 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Die Interoperabilität in drahtlosen Sensornetzen, also die Zusammenarbeit heterogener Komponenten eines Netzes, ist durch die Diversität angebotener Hard- und Softwarelösungen nicht immer gegeben. Dies ist ein Problem, wenn bestehende Netze um anderen Komponenten erweitert werden sollen und schränkt die Zukunftsfähigkeit eines Netzes ein. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Interoperabilität der drei Implementierungen OpenThread, dem Kinetis- und dem Mbed Thread Stack des Protokollstapels Thread. Anhand unterschiedlicher Untersuchungen wird die Zusammenarbeit der Implementierungen beobachtet und anschließend bewertet. Nach einer theoretischen Betrachtung folgen empirische Untersuchungen, deren Beobachtung Aufschluss darüber gibt, ob die Implementierungen standardkonform arbeiten und bis zu welchem Grad sie interoperabel sind. Anhand der gewonnenen Ergebnisse wird klar, dass Interoperabilität zwischen den Implementierungen nicht als gegeben vorausgesetzt werden kann. Bei der Durchführung der Versuche werden unterschiedliche Auffälligkeiten im Ablauf dokumentiert, die zu Einschränkungen in der Zusammenarbeit der Netzwerkknoten führen. Weiterhin wird festgestellt, dass von der Thread Group zertifizierte Endprodukte hiervon nicht betroffen sind und besser abschneiden, als jene die diese offizielle Zertifizierung nicht haben. Die Ergebnisse bestätigen die Relevanz der Interoperabilitätsbetrachtungen in drahtlosen Sensornetzwerken und zeigen, dass selbst zwischen Implementierungen eines Standards Probleme auftreten können.



Pérez Mejía, Eduardo José;
Parametric reconstruction of multi-channel data in ultrasound NDT. - Ilmenau. - 64 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Der Bereich der zerstörungsfreien Ultraschallprüfung (UNDT) beschäftigt sich mit der Aufgabe, Defekte in Festkörpern zu lokalisieren. Dafür ist eine hochauflösende Bildgebung von größter Bedeutung. Die Forschung zur UNDT befasst sich mit Rekonstruktionsverfahren, Modellen und Datenerfassungsmodalitäten zur Verbesserung der Bildqualität und der Fehlererkennung. Dafür werden große Mengen an Messdaten benötigt. In dieser Arbeit wird ein Compressed-Sensing-Modell für hochwertige Rekonstruktionen vorgestellt, das die Reduzierung der Messzeit und der Speicherkosten von Full-Matrix-Capture-Daten (FMC) ermöglicht. Zunächst wird ein parametrisches Modell für 2D-FMC-Daten eingeführt, das die Tensorstruktur dieser Art von Messung hervorhebt. Dieses wird dann um eine komprimierte Abtastung über Fourier- und räumliches Sub-Sampling erweitert. Das Problem der Schätzung der Position von punktförmigen Reflektoren aus vollständigen und komprimierten FMC-Daten wird mittels Herleitung der Cramer-Rao-Schranke (CRB) für die Standortparameter untersucht und ihr Grenzwertverhalten betrachtet. Dabei wird gezeigt, dass zwei Kanäle ausreichen, um eine endliche Varianz für die Position eines einzelnen Reflektors zu erreichen, und, dass räumliches Sub-Sampling einen Fernfeldgewinn ergibt. Mittels dieser Analyse wird eine Methode für das Design des räumlichen Sub-Samplings, basierend auf der worst-case CRB eines hypothetischen Reflektors, formuliert. Die Rekonstruktion der Defektpositionen wird als ein "Sparse-Signal-Recovery"-Problem betrachtet und mit dem Fast-Iterative-Shrinkage/ Thresholding Algorithmus (FISTA) gelöst. Details für eine matrixfreie Implementierung werden angesprochen. Die Ergebnisse der vorgestellten Rekonstruktionsmethode werden mit der renommierten Total-Focusing-Method (TFM) verglichen. Synthetische und reale Messdaten zeigen, dass der vorgestellte Ansatz auf unkomprimierten Daten zu einer höheren Auflösung als TFM führt. Bei Anwendung auf komprimierte Messdaten übertrifft er TFM weit, da Sub-Sampling-Artefakte reduziert werden. Schließlich wird gezeigt, dass TFM, obwohl es eine niedrigere Auflösung liefert, in einen progressiven Algorithmus überführt werden kann, der die Visualisierung während des Messvorgangs ermöglicht. Der dargestellte Ansatz mit FISTA ist hingegen auf komprimierte Daten anwendbar, die in weniger Messzyklen gesammelt werden können.



Eltohamy, Ali;
Link level simulations and CSI reporting for 5G communication systems. - Ilmenau. - 71 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Mit der rasanten Entwicklung der neuen Generation von Kommunikationssystemen wird die Entwicklung einer vielseitigen Methode zur Bewertung ihrer Leistung für verschiedene Szenarien und Kanalbedingungen unerlässlich. Um eine solche Bewertung zu ermöglichen, ist das Ziel dieser Masterarbeit die Entwicklung eines flexiblen Link-Level-Simulators auf der Grundlage der neuesten 3GPP Release 15 New Radio (NR) Systemspezifikation, um die Systemleistung in Bezug auf verschiedene Anwendungsfälle, Kanalbedingungen, etc. zu bewerten. Ein weiteres Ziel dieser Masterarbeit ist die Untersuchung der 3GPP Release 15 CSI Reporting Verfahren zur Gewinnung von Kanalzustandsinformationen am Sender in Bezug auf Performance, Komplexität und Feedback Overhead. Ebenso sollen die R15 CSI Verfahren mit dem aktuellen in der Standardisierung besprochenen Release 16 Verfahren verglichen werden.



Berthold, Martin;
Redesign eines integrierten UHF RFID-Demodulator Front-End. - Ilmenau. - 38 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019

Radio Frequency Identification Systeme gewinnen in unserer heutigen Gesellschaft immer mehr an Bedeutung. Durch moderne Technologien werden die passiven Transponder immer kleiner und leistungsärmer. Dadurch kann der Abstand zwischen Basisstation und dem Tag deutlich erhöht werden. In der vorliegenden Bachelorarbeit wird die Schaltung eines vorhandenen integrierten Ultra High Frequency RFID-Demodulator Front-End überarbeitet und verifiziert. Für den passiven Transponder wird eine interne Spannungsversorgung benötigt. Die dafür notwendigen Schaltungen von Spannungsvervielfacher und Begrenzer wurden ersetzt und zwei Regelschaltungen, zur Stabilisierung der Versorgungspotentiale VDD und VSS, entworfen. Des Weiteren wurde die Schaltung zur Demodulation angepasst und die Testbench zur Verifikation der Gesamtschaltung überarbeitet. In der Arbeit ist die minimal benötigte Eingangsleistung für den Tag ermittelt worden. Daraus lässt sich der maximale Abstand zwischen Basisstation und Transponder bestimmen. Anschließend ist das Layout für die neue Spannungsvervielfacherschaltung entwickelt und überprüft worden.



Pfleiderer, Richard;
Verifikation, Optimierung und Erweiterung eines IEC 18000-63 Type C Protokoll-Controllers für Low Power UHF-RFID-Tags. - Ilmenau. - 65 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Der vielseitige Einsatz von RFID-Konstruktionen nimmt weltweit stetig zu. Die Möglichkeit zur eindeutigen Identifizierung von Objekten erleichtert in vielen Anwendungsgebieten den Alltag der Menschen. Transponder werden dabei an Objekten angebracht, um sie später mittels Funkwellen korrekt identifizieren zu können. Dabei spielen Protokolle wie der EPC Class 1 Generation 2, die auf dem IEC 18000-63 Standard basieren, eine große Rolle. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Integration dieses Protokolls, das für eine Sensoranbindung angepasst und umgesetzt wird. Es handelt sich hierbei um eine direkte Reader-zu-Tag Kommunikation; auf einen Datenaustausch mit mehreren Tags wird verzichtet.



Kircher, Ludwig;
Optimierung des IMMS-Terminalsystems für PXI-Testsysteme hinsichtlich flexiblerer Konfiguration und gesteigerter Zuverlässigkeit. - Ilmenau. - 64 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019

Das IMMS beschäftigt sich mit dem Test und der Charakterisierung von Halbleitern. Die hierfür eingesetzten Messgeräte basieren auf dem PCI eXtentions for Intrumentation (PXI) System. Durch die modulare Bauweise und die Unterstützung einer Vielzahl unterschiedlicher Messgeräte kann das Messsystem flexibel und optimal auf die jeweilige Anwendung abgestimmt werden. Die Verbindung zwischen Messgerät und Messobjekt, meist ein integrierter Schaltkreis auf einem Wafer oder in einem Chipgehäuse, stellt jedoch aufgrund der verschiedenen Schnittstellen der Instrumente eine Herausforderung dar. Das am IMMS entwickelte Terminalmodulsystem fungiert als Schnittstelle zwischen Waferprober und Tester und erlaubt die anwendungsspezifische Selektion der relevanten Testsignale. Hierdurch kann die Anzahl geführter Leitungen minimiert werden. Das Konzept hat sich in vielen Messungen bewährt und wird auch in Zukunft für Messaufbauten Verwendung finden. Trotzdem besitzt es einige nachteilige Eigenschaften. So erfordert der Austausch einer einzelnen Messkarte den Ausbau des gesamten Terminalmodulsystems. Das Ziel der Bachelorarbeit ist die Erstellung eines neuen Konzeptes, welches die Nachteile des vorherigen Systems beseitigt und so den Arbeitsablauf bei Halbleiter-Messungen weiter optimiert. Hierfür werden die Grenzen des Systems analysiert und Anforderung an ein neues zusammengetragen. Darauf aufbauend werden vier neue Konzepte erarbeitet und modelliert. Von den beiden geeignetsten Varianten werden Modelle erstellt, welche messtechnisch charakterisiert werden. Auf der Basis dieser Messungen und der Beurteilung der mechanischen Eigenschaften wird das beste Konzept ermittelt. Das Ergebnis der Bachelorarbeit ist ein neues Konzept für das Terminalmodulsystem auf dessen Basis die Terminalmodule in weiteren Arbeiten neu aufgebaut werden können.



Kirchner, Maximilian;
Drahtlose Kommunikationsprotokolle für die Hausautomatisierung. - Ilmenau. - 66 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019

Im Bereich der Hausautomatisierung wird eine Fülle von Produkten verschiedenster Hersteller angeboten. Mitunter lässt sich nur schwer erkennen, inwieweit Produkte kompatibel miteinander sind. Wesentlich hierfür ist die Verwendung eines gemeinsamen Funkstandards. Neben individuellen proprietären Lösungen mancher Hersteller haben sich Funkstandards herausgebildet, denen sich Gruppen von Herstellern angeschlossen haben. Beworben werden diese Funkstandards durch Markennamen wie ZigBee, Z-Wave oder Bluetooth. Diese Namen bezeichnen eine Zusammenfassung verschiedener Protokolle mit unterschiedlichen Eigenschaften. In dieser Arbeit wurden eine Auswahl verschiedener Funksysteme und die darunter liegenden Protokolle miteinander verglichen und ihre spezifischen Vor- und Nachteile aufgezeigt. Anschließend wurde mit ZigBee eine Testumgebung mit verschiedenen Geräten (Schalter, Lampen, Sensoren, etc.) aufgebaut. Es wurden die wesentlichen und für die Hausautomatisierung wichtigen Funktionen mit verschiedenen Geräten getestet. Dabei wurde gezeigt, dass die zuvor theoretisch beschriebenen Anforderungen erfüllt werden.