Intelligente verteilte Filter-Architekturen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Uwe D. Hanebeck
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 431817455

Intelligente, vernetzte Geräte und Alltagsgegenstände sind zunehmend mit einer Vielzahl von Sensoren ausgestattet und sammeln fortlaufend Daten, die gefiltert, analysiert, überwacht und weiterverarbeitet werden müssen. Um den sich daraus ergebenden Herausforderungen zu begegnen, wird der Strom an Sensordaten üblicherweise in Teilmengen zerlegt und von mehreren Filtereinheiten parallel verarbeitet. In der Regel wird hierbei ein Bottom-up-Ansatz verfolgt, bei dem die lokal eingesetzten Filterverfahren unabhängig voneinander operieren, die Schätzergebnisse weiterverarbeiten und schließlich zu einem globalen Schätzwert fusionieren. Das unabhängige Design der lokalen Filter bedeutet allerdings, dass diese nicht das globale Schätzziel kennen. Daher führt ein Bottom-up-Ansatz im Allgemeinen weder zu global optimalen Schätzergebnissen noch zu einer effizienten Nutzung der Speicher- und Rechenressourcen. In diesem Projekt wird für die Behandlung solcher Big-Sensor-Data-Probleme ein Perspektivwechsel vollzogen und die Optimierung der globalen Schätzqualität in den Vordergrund gestellt. Der angestrebte Top-down-Ansatz leitet ausgehend von den Anforderungen an die globale Schätzqualität eine geeignete verteilte Filterarchitektur und -topologie ab und legt das Design der lokalen Verarbeitungseinheiten fest, während die Rechenkomplexität so gering wie möglich gehalten wird. Gerade die aktuellen Entwicklungen im Bereich verteilter Rechnersysteme, die Anwendern und Designern zunehmend mehr Flexibilität und Auswahl bei der Umsetzung unterschiedlicher Schätzaufgaben bieten, verdeutlichen die Notwendigkeit solcher Top-down-Ansätze.Das Projekt wird einen proaktiven Ansatz zur dynamischen Anpassung der Filterarchitekturen verfolgen, um die globale Schätzqualität zu optimieren. Auf diese Weise können zur Laufzeit Anpassungen der Architektur vorgeschlagen und vorgenommen werden, ohne vorab umfangreiche Versuche mit gegebenen Architekturen durchführen zu müssen. Zu diesem Zweck werden die grundlegenden Bestandteile einer verteilten Filterarchitektur untersucht. Hierzu gehören der Datenfluss, die Netzwerktopologie, die Fusionsmethoden sowie die lokalen Filterparameter, die separat und in ihrem Zusammenspiel analysiert werden, um die globale Schätzqualität zu optimieren. Zudem sind die Verarbeitungseinheiten mit Monitoring-Funktionen ausgestattet, um eine flexible Anpassung der Architektur an sich verändernde Bedingungen zu ermöglichen. Im Zeitalter des Internets der Dinge sind die vorgeschlagenen Untersuchungen daher von besonderem Interesse.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Tschechische Republik
• Partnerorganisation: Czech Science Foundation
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Benjamin Noack
• Kooperationspartner: Professor Jindrich Dunik, Ph.D.