F&T-Projekte der Fakultät Elektro- und Informationstechnik

  • Codierungsverfahren zur Steganographie

    Steganographie ist der Überbegriff für Verfahren zum Einbetten verborgener Informationen in Bilder oder Audio-Dateien. Die verborgenen Informationen dienen z.B. als Urheberschutz (Stichwort: digitale Wasserzeichen). In diesem Vorhaben sollen spezielle Verfahren für die Steganographie bei Sprachdaten entwickelt werden. Ziel ist dabei die Einbettung von Parametern zur Sprachcodierung in Sprachdaten, wie sie z.B. über das herkömmliche Telefonnetz übertragen werden. Mit den detektierten Parametern kann die Qualität der übertragenen Sprache auf der Empfangsseite deutlich verbessert werden. Durch das Einbetten der Information in die herkömmlichen Sprachdaten kann dies ohne Einfluss auf bestehende Netze und Endgeräte geschehen. 

    • Prof. Dr. Jürgen Freudenberger

      IMZ Leiter, Fachgebiet: Kommunikationsnetze

    • Raum G 124
      +49 7531 206-150
      juergen.freudenberger@htwg-konstanz.de


    • Sprechzeiten

      Donnerstag, 14 - 15 Uhr über Webex: https://htwg-konstanz.webex.com/meet/jfreuden

  • Entwicklung einer flexiblen Fehlerkorrektur für Flash-Speicher

    Flash-Speicher wurden ursprünglich als Speichermedium für Digitalkameras entwickelt. Inzwischen finden sie in vielen Bereichen Anwendung, so sind Flash-Speicher in Form von Solid State Drives heute schon direkte Konkurrenten zur magnetischen Datenspeicherung auf Festplatte und könnten diese in den nächsten Jahren im Bereich der Personalcomputer weitgehend ablösen. Fehlerkorrekturverfahren sind für einen zuverlässigen Einsatz von Flash-Speichern unabdingbar. Im Rahmen dieser Kooperation wird ein Flashcontroller mit sehr leistungsfähiger Fehlerkorrektur entwickelt.

    • Prof. Dr. Jürgen Freudenberger

      IMZ Leiter, Fachgebiet: Kommunikationsnetze

    • Raum G 124
      +49 7531 206-150
      juergen.freudenberger@htwg-konstanz.de


    • Sprechzeiten

      Donnerstag, 14 - 15 Uhr über Webex: https://htwg-konstanz.webex.com/meet/jfreuden

  • Kombinierte Quellen- und Kanalcodierung für Flash-Speicher - Fehlerkorrektur

    Die Verbreitung Flash-basierter Speichertechnologien nimmt stetig zu. So findet man Flash-Speicher praktisch in jedem eingebetteten System. Gerade bei Steuergeräten in Fahr- und Flugzeugen, aber auch bei vielen medizinischen und industriellen Anwendungen ist eine hohe Zuverlässigkeit für die gespeicherten Daten von großer Bedeutung. Flash-Speicher verfügen aber grundsätzlich nur über eine begrenzte Zuverlässigkeit. Da mit wachsender Speicherkapazität die Anzahl der Ladungsträger zur Speicherung eines Informationsbits immer weiter reduziert wird, steigt die Fehlerwahrscheinlichkeit der Speicherbausteine mit jeder neuen Generation an. Daher sind Verfahren zur Fehlerkorrektur für einen zuverlässigen Einsatz von Flash-Speichern unabdingbar. Die Fehlerkorrektur entwickelt sich immer mehr zum begrenzenden Faktor für den Datendurchsatz, die Speicherkapazität und auch für die Zuverlässigkeit der Flash-basierten, persistenten Speicherung. Neuere Korrekturverfahren bieten ein großes Potenzial zur Erhöhung der Zuverlässigkeit. Für zukünftige Flash-Speicher sind hier insbesondere Verfahren erforderlich, die Zuverlässigkeitsinformation über den Zustand der einzelnen Speicherzellen verarbeiten können. Diese Zuverlässigkeitsinformation wird beispielsweise durch mehrfaches Auslesen der Zellen mit unterschiedlichen Lesespannungen gewonnen. Andererseits müssen die Verfahren aber beweisbare und berechenbare Eigenschaften haben, um geringe Restfehlerwahrscheinlichkeiten garantieren zu können. Eine weitere Möglichkeit, die Leistungsfähigkeit der Flash-basierten Speicherung zu erhöhen, sind Verfahren zur Datenkompression, die die in den gespeicherten Daten vorhandene Redundanz ausnutzen. Durch die Datenkompression kann die sogenannte Write Amplification reduziert werden. Alternativ kann die Reduktion des Datenvolumens auch zur Erhöhung der Zuverlässigkeit genutzt werden. Im Rahmen dieses Projekts sollen daher Verfahren sowohl zur Quellen- als auch zur Kanalcodierung entwickelt werden, um die Zuverlässigkeit für Flash-Speicher zu erhöhen. Das Ziel sind Hardware-Architekturen für die entsprechenden Verfahren, die die speziellen Randbedingungen für diese Speichertechnologie berücksichtigen. So kann die Codierung nur für geringe Blockgrößen erfolgen. Die Decodierung muss Zuverlässigkeitsinformation berücksichtigen und geringe Restfehlerwahrscheinlichkeiten (z.B. kleiner 10^16) garantieren können. Gleichzeitig muss mit einer Hardware-Implementierung ein hoher Datendurchsatz bei geringem Flächenverbrauch erzielt werden.

    • Prof. Dr. Jürgen Freudenberger

      IMZ Leiter, Fachgebiet: Kommunikationsnetze

    • Raum G 124
      +49 7531 206-150
      juergen.freudenberger@htwg-konstanz.de


    • Sprechzeiten

      Donnerstag, 14 - 15 Uhr über Webex: https://htwg-konstanz.webex.com/meet/jfreuden

  • Neuartiger Flashcontroller mit leistungsfähiger Datenkompression

    Ziel des Entwicklungsprojektes ist es, einen Flashcontroller zu entwickeln, der die Möglichkeiten der heutigen NAND Flashbausteine optimal ausnutzt. Diese Speicherbausteine werden qualitativ immer schlechter. Diese Verschlechterung der Qualität muss durch den Flashcontroller ausgeglichen werden. Ein wesentliches Kriterium ist hierbei die Anzahl der Schreib- und Löschzyklen bzw. die daraus resultierende zu verarbeitende Datenmenge. Optimierte Zugriffsverfahren mit gleichzeitiger Kompression der Daten erlauben hier eine deutliche Verbesserung der Lebensdauerwerte. Zusätzlich reduziert eine solche Komprimierung den Schreib-/Programmieraufwand, wodurch eine signifikant höhere Schreibleistung erreicht werden soll. Die Verwendung der Datenkompression in Flashcontrollern ist bislang noch kaum gebräuchlich. Durch die Kompression wird die zu schreibende Datenmenge verkleinert. Dies hat mehrere positive Effekte bei der Verwendung von Flashspeichern. Die Kernaufgabe der Hochschule Konstanz im Projekt ist die Entwicklung und technische Umsetzung in Hardware einer für Flash-Speicher geeigneten Datenkompression.

    • Prof. Dr. Jürgen Freudenberger

      IMZ Leiter, Fachgebiet: Kommunikationsnetze

    • Raum G 124
      +49 7531 206-150
      juergen.freudenberger@htwg-konstanz.de


    • Sprechzeiten

      Donnerstag, 14 - 15 Uhr über Webex: https://htwg-konstanz.webex.com/meet/jfreuden

  • KI – basierte Planung und Betriebsführung von Verteilnetzen und Microgrids zur optimalen Integration regenerativer Erzeuger und fluktuierender Lasten im Rahmen der Energiewende (AI4Grids)

    Zur Verlangsamung des Klimawandels ist eine Abkehr von fossilen Energiequellen nötig. Der dafür notwendige Ausbau der erneuerbaren Energien und die Umstellung auf Elektroautos stellt das Stromnetz jedoch vor Herausforderungen: Während der Energiebedarf vor allem in den Städten steigt, speisen Solar- und Windenergie Strom sehr unregelmäßig ein. Dennoch können neue flexible Verbraucher wie Elektroladesäulen und Wärmepumpen im Zusammenspiel mit den schwankenden regenerativen Erzeugern zur Lösung für die Energiewende werden – durch eine intelligente Netzsteuerung. Ziel des von Herrn Prof. Dr. Gunnar Schubert geleiteten Projekts ist daher, die für die Energiewende benötigten Erzeuger und Verbraucher mittels intelligenter Netzbetriebsführung effizient in das Mittel- und Niederspannungsnetz zu integrieren. So wird eine bessere Synchronisierung von Energiemengen und Netzkapazitäten erreicht.

    Dazu werden Algorithmen entwickelt, die auf künstlicher Intelligenz (KI) basieren und die Planung und Betriebsführung von Stromnetzen auf Verteilnetzebene und von Microgrids („Inselnetzen“) unterstützen. So soll beispielweise ein Algorithmus im Fall einer Störung eine Handlungsempfehlung an die Leitwarte ausgeben, um die Störung schnell zu beheben. Ein solcher KI-basierte Regler für die Betriebsführung benötigt ein umfassendes Bild des Netzzustandes. Dazu überwachen automatisierte Verfahren fortlaufend die aktuelle Netzstruktur und den Eintritt neuer Netzteilnehmer. Zudem wird das KI-System um eine integrierte Lastprognose ergänzt, die Wetter- und Verbrauchsdaten zur Vorhersage nutzt. Durch die gezielte Regelung von Verbrauchern und eine verlässliche Prognose der Erzeugung kann das Netz vor kritischen Belastungen geschützt und eine stabile Stromversorgung sichergestellt werden.

    Die im Projekt entwickelten Algorithmen sollen in sechs Reallaboren geprüft und optimiert werden. So wird z.B. in Friedrichshafen, Freiburg und Konstanz praktisch getestet, ob das KI-System und seine Bestandteile auf Gebäude- wie Quartiersebene einen Mehrwert liefern. Eine möglichst effiziente Nutzung des Stromverteilnetzes unterstützt letztlich die Energiewende und damit das übergeordnete Ziel der Treibhausgasneutralität.

    • Prof. Dr. Gunnar Schubert

      Fachgebiete: Physik und Elektrotechnik

    • Raum F 206
      +49 7531 206-9079
      gunnar.schubert@htwg-konstanz.de


    • Sprechzeiten

      Sprechstunde nach Vereinbarung

  • Planung und Optimierung einer hybriden kommunalen Energieversorgung - PlanOhybE

    Ziel dieses Vorhabens ist die Weiterentwicklung der wissenschaftlichen Grundlagen und exemplarischen Anwendung eines Entscheidungsunterstützungssystems (EUS) im Bereich der spartenübergreifenden, kombinierten Auslegung und ökonomischen Optimierung von Strom-, Gas- und Wärmenetzen unter Berücksichtigung der Siedlungs- und Bebauungsstruktur und des Einsatzes unterschiedlicher Technologien zur Heizwärme- und Stromerzeugung. Es sollen vorhandene Modelle zur Planung, Simulation und Optimierung von Energienetzen weiterentwickelt werden. Diese Erweiterung zielt zum einen auf die Berücksichtigung neuer Entwicklungen im Bereich der kommunalen Energieversorgung (z.B. erhöhte Stromeinspeisung aus volatilen Quellen und erhöhter Stromverbrauch durch Einsatz von Strom-Wärmepumpen, Erhöhung der bidirektionalen Stromflüsse), zum anderen auf die Berücksichtigung von Interdependenzen zwischen Netzen unterschiedlicher Medien/ Sparten (Strom-, Gas- und Wärmenetze) und der Anlagen beim Energiekunden. Solche hybriden Netzstrukturen stellen neue Anforderungen an die Planung (Modellierung und Optimierung) und erfordern eine simultane Betrachtung sowohl der dynamischen Erzeugungs-und Nachfragestruktur bei Strom und Wärme im Versorgungsgebiet als auch der Netze selbst. Dabei geht es auch um die Weiterentwicklung von Entscheidungsmodellen und EUS im Bereich der kommunalen Energieversorgung unter Berücksichtigung verschiedener Ansätze zur Prognostik und Szenarioanalyse sowie der Einbeziehung von Entscheidungsträgern.

  • Brennstoffzellenschiff Solgenia mit Drehstromantrieb

    Ein Schiff mit optimiertem Rumpf wird mit Brennstoffzelle (BZ), H2-Speicher, PV-Generator und Batterie ausgerüstet. Die Ergänzung der PV durch den regelbaren Energiewandler BZ benötigt eine optimierte Betriebsführung (Energiemanagement) und gestattet damit hundertprozentig sichere Energieversorgung. Eine Funkverbindung zu einem Server an Land erlaubt die Beobachtung und die Beeinflussung der Anlage sowie die Kopplung mit dem Internet. Die Forschungsthemen umfassen unter anderem: Untersuchung und Anpassung der BZ-Technologie an Wasserfahrzeugen, Optimierung des Energiemanagements („predictive control“), Funkanbindung, Langzeiterprobung, den Vergleich mit Landfahrzeugen. Ergänzend wird hierbei das Planungswerkzeug MODES zur technischen und wirtschaftlichen Simulation integrierter Energiesysteme (Strom und Wärme) eingesetzt.

    •  

  • Alterungsprognose und Eigendiagnose bei Magnetaktuatoren - APRODIMA

    In dem Projekt geht es um die Realisierung eines interdiszipilären, mechatronisch- informationstechnischen Ansatzes mit dem Ziel, zuverlässige Fehlererkennung und Alterungsprognose von Magnetaktuatoren zu ermöglichen. Hierzu sollen aus dem Verlauf der Messgrößen Spulenstrom und Spannung die benötigten Informationen extrahiert bzw. aufbereitet werden. Die angestrebten Ziele sind dabei zum einen das zuverlässige Erkennen, ob der Aktuator noch gemäß den spezifizierten Anforderungen korrekt arbeitet (Diagnose). Zum anderen ist insbesondere das Ziel, auch Degenerationserscheinungen und deren zeitliche Progression frühzeitig zu erkennen und darauf basierend zu prognostizieren, über welche Restzeitdauer der Aktuator in der Lage sein wird, seine evtl. sicherheitsrelevante Funktion zu erfüllen. Weiter ist es Ziel des Projektes, die untersuchten bzw. entwickelten Methoden so robust zu gestalten, dass bei den Kooperationspartnern die Verfahren möglichst leicht in ihre Produkte einfließen können. Dies erfordert eine hinreichend große Zahl von Versuchskomponenten, die systematisch gealtert werden müssen und ist mit einem erheblichen experimentellen Aufwand verknüpft. Darüber hinaus sollen die Verfahren so flexibel sein, dass sie leicht auf verschiedene magnetische Aktuatoren übertragen werden können. Weiteres Ziel zur möglichst schnellen Verwertung der Ergebnisse ist es, die Algorithmen so auszuprägen, dass sie auf kleinen Embedded Plattformen in Echtzeit lauffähig sind.

    • mehr ...

    • Prof. Dr. Johannes Reuter

      Prodekan, Studiendekan Elektrische Systeme M. Eng. (EIM)
      Fachgebiet: Regelungstechnik

    • Raum F 313
      +49 7531 206-266
      jreuter@htwg-konstanz.de


    • Sprechzeiten

      Montags 11:30 - 12:30 Uhr im https://htwg-konstanz.webex.com/meet/jreuter

  • Entwicklung von Impedanzsensorik und der zugehörigen Auswerte-Algorithmen zur Charakterisierung des Verhaltens von Mikroorganismen und des Wachstums von Biofilmen

    Ausgehend von dem erfolgreichen Multispecies Freshwater Biomonitor (Umweltsensor: DPMA 202010013088.3), welcher mit Makroorganismen zur Messung von Schadstoffeffekten in Oberflächen- und Abwasser eingesetzt wird, strebt das Projekt die Neuentwicklung von Messzellen im mikroskopischen Bereich und das erstmalige Testen von Einzellern, Zelllinien und Biofilmen als Bioindikatoren für die Umweltüberwachung sowie neue Anwendungsfelder, z.B. in Badegewässern und Trinkwasserleitungen. Basierend auf der Erfahrung der 4-polaren Impedanzwandlung (resistive und kapazitive Messelemente) wird die Elektronik neu aufgelegt (rein kapazitiv, miniaturisiert, Energieverbrauch) und die Trennung analoger und digitaler Elektronik mit maximaler digitaler Flexibilität des Parametersettings und neuen Alarmalgorithmen vorgenommen. Die Sensitivität der Signalgenerierung und -auswertung wird gesteigert, um Einzeller und Biofilme zu messen (Microimpedance). Neue Messzellen werden konstruiert, alle Materialien, Gehäuse und Kabel werden wasserdicht und druckbeständig aufgelegt um eine neue Anwendung im Tiefseebereich zu erlauben.

    • mehr ...

    • Prof. Dr. Johannes Reuter

      Prodekan, Studiendekan Elektrische Systeme M. Eng. (EIM)
      Fachgebiet: Regelungstechnik

    • Raum F 313
      +49 7531 206-266
      jreuter@htwg-konstanz.de


    • Sprechzeiten

      Montags 11:30 - 12:30 Uhr im https://htwg-konstanz.webex.com/meet/jreuter

  • Hochspannungsprüfungen an Systemen und Komponenten der elektrischen Energietechnik, Messungen und Beratung zur EMV

    Das Projekt befasst sich mit der Ermittlung von Durchschlagsspannungen bei Wechselspannung und Blitzstoßspannung sowie der Anwendung zerstörungsfreier Diagnostik. Im Bereich EMV werden entwicklungsbegleitende Messungen durchgeführt sowie Verbesserungsvorschläge zu EMV-Konzepten ausgearbeitet.