Sistema d'adquisició de temperatures de 2 canals via R.F.

Poder mesurar i enregistrar diferents tipus de magnituds com pressió, força, temperatura etc. s’ha convertit en una necessitat per moltes aplicacions actuals. Aquestes magnituds poden tenir procedències molt diverses, tals com l’entorn, o poden ser generades per sistemes mecànics, elèctrics, etc. Per tal de poder adquirir aquestes magnituds, s’utilitzen els sistemes d’adquisició de dades. Aquests sistemes, prenen mostres analògiques del món real, i les transformen en dades digitals que poden ser manipulades per un sistema electrònic. Pràcticament qualsevol magnitud es pot mesurar utilitzant el sensor adient. Una magnitud molt utilitzada en sistemes d’adquisició de dades, és la temperatura. Els sistemes d’adquisició de temperatures estan molt generalitzats, i podem trobar-los com a sistemes, on l’objectiu és mostrar les dades adquirides, o podem trobar-los formant part de sistemes de control, aportant uns inputs necessaris per el seu correcte funcionament, garantir-ne l’estabilitat, seguretat etc. Aquest projecte, promogut per l’empresa Elausa, s’encarregarà d’adquirir, el senyal d’entrada de 2 Termoparells. Aquests mesuraran temperatures de circuits electrònics, que es trobaran dintre la càmera climàtica de Elausa, sotmesos a diferents condicions de temperatura, per tal de rebre l’homologació del circuit. El sistema haurà de poder mostrar les dades adquirides en temps real, i emmagatzemar-les en un PC que estarà ubicat en una oficina, situada a uns 30 m de distància de la sala on es farà el test. El sistema constarà d’un circuit electrònic que adquirirà, i condicionarà el senyal de sortida dels termoparells, per adaptar-lo a la tensió d’entrada d’un convertidor analògic digital, del microcontrolador integrat en aquesta placa. Seguidament aquesta informació, s’enviarà a través d’un mòdul transmissor de radiofreqüència, cap al PC on es visualitzaran les dades adquirides. Els objectius plantejats són els següents: - Dissenyar el circuit electrònic d’adquisició i condicionament del senyal. - Dissenyar, fabricar i muntar el circuit imprès de la placa d’adquisició. - Realitzar el programa de control del microcontrolador. - Realitzar el programa per presentar i desar les dades en un PC. - El sistema ha d’adquirir 2 temperatures, a través de Termoparells amb un rang d’entrada de -40ºC a +240ºC - S’ha de transmetre les dades via R.F. Els resultats del projecte han estat satisfactoris i s’han complert els objectius plantejats.

Traducción técnica del capítulo III del libro Advanced Data Warehouse design: from conventional to spatial and temporal applications

The proposal to work on this final project came after several discussions held with Dr. Elzbieta Malinowski Gadja, who in 2008 published the book entitled Advanced Data Warehouse Design: From Conventional to Spatial and Temporal Applications (Data-Centric Systems and Applications). The project was carried out under the technical supervision of Dr. Malinowski and the direct beneficiary was the University of Costa Rica (UCR) where Dr. Malinowski is a professor at the Department of Computer Science and Informatics. The purpose of this project was twofold: First, to translate chapter III of said book with the intention of generating educational material for the use of the UCR and, second, to venture in the field of technical translation related to data warehouse. For the first component, the goal was to generate a final product that would eventually serve as an educational tool for the post-graduate courses of the UCR. For the second component, this project allowed me to acquire new skills and put into practice techniques that have helped me not only to perfom better in my current job as an Assistant Translator of the Inter-American BAnk (IDB), but also to use them in similar projects. The process was lenggthy and required torough research and constant communication with the author. The investigation focused on the search of terms and definitions to prepare the glossary, which was the basis to start the translation project. The translation process itself was carried out by phases, so that comments and corrections by the author could be taken into account in subsequent stages. Later, based on the glossary and the translated text, illustrations had been created in the Visio software were translated. In addition to the technical revision by the author, professor Carme Mangiron was in charge of revising the non-technical text. The result was a high-quality document that is currently used as reference and study material by the Department of Computer Science and Informatics of Costa Rica.

Teollisuus-Ethernetin teknistaloudellinen selvitys sähkötukkukaupan näkökulmasta

Tässä työssä tarkastellaan keinoja ja tekniikoita, joilla Ethernet-standardin mukainen tiedonsiirtoliikenne voidaan implementoida teollisuudessa kenttälaitetasolle. Työn on tilannut Suomen johtava sähkötukkuliike SLO Oy, joka on kiinnostunut automaatioalan tilanteesta ja tulevaisuuden näkymistä. Työssä käydään läpi Ethernet-tekniikan perusteet, ja sen soveltaminen teollisuudessa kenttäväylänä, sekä muussa automaatiossa. Lisäksi katsotaan läpi tärkeimmät Ethernet-kenttäväyläprotokollat ja menetelmät, joilla Ethernet-tekniikka saadaan vastaamaan teollisuuden vaatimuksiin reaaliaikaisuuden ja deterministisyyden osalta. Työssä haastatellaan muutamia suunnittelutoimistoja, asennusliikkeitä, sekä kahta teollisuuden loppuasiakasta. Näiden haastattelujen, sekä kansainvälisen markkinatutkimuksen pohjalta tarkastellaan alan markkinatilannetta ja toimintamalleja, sekä laaditaan SLO:lle SWOT-analyysi. Analyysin pohjalta tehdään johtopäätöksiä SLO:n toiminnan mahdollisesta laajentamisesta. Tuloksena on kattava selvitys Ethernet-teollisuusautomaatiosta ja Ethernet-tekniikan hyödyntämisestä teollisuudessa yleensäkin. SLO:n kannalta mielenkiintoisimpia vaihtoehtoja ovat Profinet ja EtherCAT-järjestelmät, jotka voisivat olla sopivia SLO:n tuotevalikoimaan.

Kiinteistön ohjaus- ja valvontajärjestelmän toteutus mobiiliympäristöön

Ohjelmistoprojektin läpivienti vaatii suunnittelua ja yhteisiä tapaamisia toimittajan ja asiakkaan kesken. Ohjelmistotuotannon prosessit ovat määrittely, suunnittelu, toteutus, testaus ja käyttöönotto. Tärkeimmät dokumentit ovat projektisuunnitelma, toiminnallinen määrittely ja tekninen määrittely. Ongelmia projektin läpiviennissä voi tulla silloin, jos toimittaja ja asiakas eivät ymmärrä toisiaan. Tässä työssä tehdään SMSviestejä käsittelevä mobiilisovellus ja siihen liittyvät projektisuunnitelma sekä määrittelydokumentit. Mobiilisovellus ohjelmoidaan J2ME:llä, joka on sulautettujen järjestelmien ohjelmointiin suunniteltu Java-kieli. Sovellus tukee toisen asteen opiskelijoille suunnattuja mobiiliohjelmointi opintoja. Opintojakso kuuluu Pohjois- Karjalan ammattiopiston järjestämään turvallisuusalan koulutukseen. Sovelluksella voidaan lähettää ohjausviestejä OUMAN EH-60 -ohjaus- ja valvontayksikköön. Yksikön avulla voi ohjata ja valvoa esimerkiksi kiinteistön lämmönsäätöä, vesivahinkoja, oven lukitusta jne. Tässä työssä tehtävällä sovelluksella demonstroidaan kesämökin ohjausta. Langaton tiedonsiirto tulee tulevaisuudessa lisääntymään kiinteistöjen ohjaus- ja valvontajärjestelmänä. Hätä- ja valvontaviestit lähetetään automaattisesti kiinteistön omistajalle, hoivapalveluyrittäjälle, talohuoltoon tai hätäkeskukseen. Kiinteistön omistaja voi omalla matkapuhelimellaan ajasta ja paikasta riippumattavalvoa ja ohjata kiinteistöään reaaliaikaisesti. Pohjois-Karjalan ammattiopisto haluaa olla kehittämässä ja toteuttamassa turvallisuusalan koulutusta nyt ja tulevaisuudessa.

Physical layer development in third generation protocol software architecture

Diplomityön tavoitteena oli kehittää kolmannen sukupolven fyysistä protokollakerrosta matkapuhelimen ohjelmistoarkkitehtuurille. Kolmannen sukupolven matkapuhelinjärjestelmät ovat aikaisempia järjestelmiä monimutkaisempia. Ohjelmiston koon ja monimutkaisuuden sekä aikataulujen kiireellisyyden vuoksi on tullut tarve ottaa käyttöön formaaleja menetelmiä ohjelmiston kehitystyöhön. Formaalit kuvauskielet mahdollistavat tarkan, yksiselitteisen ja simuloitavissa olevan järjestelmäkuvauksen muodostamisen. Fyysinen protokollakerros tarjoaa tiedon siirtoa ylemmille protokollakerroksille. Tämän tiedonsiirron hallinta vaatii protokollakerrosten välistä viestinvälitystä. Formaaleja kuvauskieliä käyttämällä voidaan viestinvälityksen toteutusta automatisoida ja siinä tarvittavaa logiikkaa havainnollistaa. Työssä suunniteltiin, toteutettiin ja testattiin ylempien protokollakerrosten kanssa kommunikoivaa osaa fyysisestä protokollakerroksesta. Tuloksena saatiin solunvalintatoiminnallisuuden vaatiman kommunikoinnin ja tilakoneen toteutus ohjelmistoarkkitehtuurissa. Ohjelmistonkehityksen alkuvaiheiden havaittiin olevan fyysisen kerroksen suorituskyvyn kannalta merkittävässä asemassa, koska tällöin viestinvälityksen optimointi on helpointa. Formaalit kuvauskielet eivät ole sellaisenaan täysin soveltuvia tarkoin määritellyn ohjelmistoarkkitehtuurin osien kehitykseen.

Sistema d'adquisició de temperatures de 2 canals via R.F.

Poder mesurar i enregistrar diferents tipus de magnituds com pressió, força, temperatura etc. s’ha convertit en una necessitat per moltes aplicacions actuals. Aquestes magnituds poden tenir procedències molt diverses, tals com l’entorn, o poden ser generades per sistemes mecànics, elèctrics, etc. Per tal de poder adquirir aquestes magnituds, s’utilitzen els sistemes d’adquisició de dades. Aquests sistemes, prenen mostres analògiques del món real, i les transformen en dades digitals que poden ser manipulades per un sistema electrònic. Pràcticament qualsevol magnitud es pot mesurar utilitzant el sensor adient. Una magnitud molt utilitzada en sistemes d’adquisició de dades, és la temperatura. Els sistemes d’adquisició de temperatures estan molt generalitzats, i podem trobar-los com a sistemes, on l’objectiu és mostrar les dades adquirides, o podem trobar-los formant part de sistemes de control, aportant uns inputs necessaris per el seu correcte funcionament, garantir-ne l’estabilitat, seguretat etc. Aquest projecte, promogut per l’empresa Elausa, s’encarregarà d’adquirir, el senyal d’entrada de 2 Termoparells. Aquests mesuraran temperatures de circuits electrònics, que es trobaran dintre la càmera climàtica de Elausa, sotmesos a diferents condicions de temperatura, per tal de rebre l’homologació del circuit. El sistema haurà de poder mostrar les dades adquirides en temps real, i emmagatzemar-les en un PC que estarà ubicat en una oficina, situada a uns 30 m de distància de la sala on es farà el test. El sistema constarà d’un circuit electrònic que adquirirà, i condicionarà el senyal de sortida dels termoparells, per adaptar-lo a la tensió d’entrada d’un convertidor analògic digital, del microcontrolador integrat en aquesta placa. Seguidament aquesta informació, s’enviarà a través d’un mòdul transmissor de radiofreqüència, cap al PC on es visualitzaran les dades adquirides. Els objectius plantejats són els següents: - Dissenyar el circuit electrònic d’adquisició i condicionament del senyal. - Dissenyar, fabricar i muntar el circuit imprès de la placa d’adquisició. - Realitzar el programa de control del microcontrolador. - Realitzar el programa per presentar i desar les dades en un PC. - El sistema ha d’adquirir 2 temperatures, a través de Termoparells amb un rang d’entrada de -40ºC a +240ºC - S’ha de transmetre les dades via R.F. Els resultats del projecte han estat satisfactoris i s’han complert els objectius plantejats.

Traducción técnica del capítulo III del libro Advanced Data Warehouse design: from conventional to spatial and temporal applications

The proposal to work on this final project came after several discussions held with Dr. Elzbieta Malinowski Gadja, who in 2008 published the book entitled Advanced Data Warehouse Design: From Conventional to Spatial and Temporal Applications (Data-Centric Systems and Applications). The project was carried out under the technical supervision of Dr. Malinowski and the direct beneficiary was the University of Costa Rica (UCR) where Dr. Malinowski is a professor at the Department of Computer Science and Informatics. The purpose of this project was twofold: First, to translate chapter III of said book with the intention of generating educational material for the use of the UCR and, second, to venture in the field of technical translation related to data warehouse. For the first component, the goal was to generate a final product that would eventually serve as an educational tool for the post-graduate courses of the UCR. For the second component, this project allowed me to acquire new skills and put into practice techniques that have helped me not only to perfom better in my current job as an Assistant Translator of the Inter-American BAnk (IDB), but also to use them in similar projects. The process was lenggthy and required torough research and constant communication with the author. The investigation focused on the search of terms and definitions to prepare the glossary, which was the basis to start the translation project. The translation process itself was carried out by phases, so that comments and corrections by the author could be taken into account in subsequent stages. Later, based on the glossary and the translated text, illustrations had been created in the Visio software were translated. In addition to the technical revision by the author, professor Carme Mangiron was in charge of revising the non-technical text. The result was a high-quality document that is currently used as reference and study material by the Department of Computer Science and Informatics of Costa Rica.

Methods and Models for Accelerating Dynamic Simulation of Fluid Power Circuits

The objective of this dissertation is to improve the dynamic simulation of fluid power circuits. A fluid power circuit is a typical way to implement power transmission in mobile working machines, e.g. cranes, excavators etc. Dynamic simulation is an essential tool in developing controllability and energy-efficient solutions for mobile machines. Efficient dynamic simulation is the basic requirement for the real-time simulation. In the real-time simulation of fluid power circuits there exist numerical problems due to the software and methods used for modelling and integration. A simulation model of a fluid power circuit is typically created using differential and algebraic equations. Efficient numerical methods are required since differential equations must be solved in real time. Unfortunately, simulation software packages offer only a limited selection of numerical solvers. Numerical problems cause noise to the results, which in many cases leads the simulation run to fail. Mathematically the fluid power circuit models are stiff systems of ordinary differential equations. Numerical solution of the stiff systems can be improved by two alternative approaches. The first is to develop numerical solvers suitable for solving stiff systems. The second is to decrease the model stiffness itself by introducing models and algorithms that either decrease the highest eigenvalues or neglect them by introducing steady-state solutions of the stiff parts of the models. The thesis proposes novel methods using the latter approach. The study aims to develop practical methods usable in dynamic simulation of fluid power circuits using explicit fixed-step integration algorithms. In this thesis, twomechanisms whichmake the systemstiff are studied. These are the pressure drop approaching zero in the turbulent orifice model and the volume approaching zero in the equation of pressure build-up. These are the critical areas to which alternative methods for modelling and numerical simulation are proposed. Generally, in hydraulic power transmission systems the orifice flow is clearly in the turbulent area. The flow becomes laminar as the pressure drop over the orifice approaches zero only in rare situations. These are e.g. when a valve is closed, or an actuator is driven against an end stopper, or external force makes actuator to switch its direction during operation. This means that in terms of accuracy, the description of laminar flow is not necessary. But, unfortunately, when a purely turbulent description of the orifice is used, numerical problems occur when the pressure drop comes close to zero since the first derivative of flow with respect to the pressure drop approaches infinity when the pressure drop approaches zero. Furthermore, the second derivative becomes discontinuous, which causes numerical noise and an infinitely small integration step when a variable step integrator is used. A numerically efficient model for the orifice flow is proposed using a cubic spline function to describe the flow in the laminar and transition areas. Parameters for the cubic spline function are selected such that its first derivative is equal to the first derivative of the pure turbulent orifice flow model in the boundary condition. In the dynamic simulation of fluid power circuits, a tradeoff exists between accuracy and calculation speed. This investigation is made for the two-regime flow orifice model. Especially inside of many types of valves, as well as between them, there exist very small volumes. The integration of pressures in small fluid volumes causes numerical problems in fluid power circuit simulation. Particularly in realtime simulation, these numerical problems are a great weakness. The system stiffness approaches infinity as the fluid volume approaches zero. If fixed step explicit algorithms for solving ordinary differential equations (ODE) are used, the system stability would easily be lost when integrating pressures in small volumes. To solve the problem caused by small fluid volumes, a pseudo-dynamic solver is proposed. Instead of integration of the pressure in a small volume, the pressure is solved as a steady-state pressure created in a separate cascade loop by numerical integration. The hydraulic capacitance V/Be of the parts of the circuit whose pressures are solved by the pseudo-dynamic method should be orders of magnitude smaller than that of those partswhose pressures are integrated. The key advantage of this novel method is that the numerical problems caused by the small volumes are completely avoided. Also, the method is freely applicable regardless of the integration routine applied. The superiority of both above-mentioned methods is that they are suited for use together with the semi-empirical modelling method which necessarily does not require any geometrical data of the valves and actuators to be modelled. In this modelling method, most of the needed component information can be taken from the manufacturer’s nominal graphs. This thesis introduces the methods and shows several numerical examples to demonstrate how the proposed methods improve the dynamic simulation of various hydraulic circuits.

Lappeenrannan seudun opiskelija-asuntosäätiön sähköisten palveluiden käytettävyyden ja vaikuttavuuden kehittäminen

Sähköiset palvelut ovat tulleet keskeiseksi osaksi Lappeenrannan seudun opiskelija-asuntosäätiön (LOAS) sisäistä ja ulkoista tiedottamista. Tiedon nopea saatavuus ja yksinkertainen käytettävyys ovat avainasemassa kehitettäessä uusia järjestelmiä. Uuden sukupolven käyttäjät ovat tottuneet tiedon saatavuuden helppouteen, joten tiedon tulee olla selkeästi esillä ja siihen on päästävä käsiksi nopeasti. Diplomityön tavoitteena oli tutkia ja kehittää LOAS:n sisäisiä ja ulospäin asiakkaille tarjottavia sähköisiä palveluita. Kehitettävät palvelut olivat intranet, Internet-sivut ja Maestro Opas-asiakashallinta. LOAS:n palvelut on hajautettu usean eri ohjelman välille, joten se aiheuttaa ongelmia informaation siirrossa järjestelmien välillä. Työssä sähköisten palveluiden käytettävyyttä parannettiin lyhentämällä polkuja ja koostamalla palveluita kokonaisuuksiksi. Työn lopputuloksena LOAS:llä on käytössään yksinkertaisemmat Internet-sivut ja selkeämpi intranet-näkymä. Palveluiden käytettävyyden ja vaikuttavuuden arviointi suoritettiin itsenäisenä perehtymisenä ongelmakohtiin ja henkilöhaastatteluina. Haastatteluilla kartoitettiin käyttäjien palvelun tarpeita, jonka avulla kehitettävät kohteet pystyttiin määrittelemään. Palveluiden käytettävyyttä parantamalla asukkaita pyritään ohjaamaan tarjottavien palveluiden piiriin. Tällöin asukkaille tarjottavien palveluiden laatua pystytään parantamaan. LOAS:n tulisi kuitenkin tarkastella erilaisia ratkaisuja toimintojen yhdistämiseen. Tämän avulla asukkaiden kaikki liikkuminen pystyttäisiin käsittelemään yhden ohjelman avulla.

Comparison study of two competing models of an all mechanical power transmission system

A comparison between two competing models of an all mechanical power transmission system is studied by using Dymola –software as the simulation tool. This tool is compared with Matlab/ Simulink –software by using functionality, user-friendliness and price as comparison criteria. In this research we assume that the torque is balanceable and transmission ratios are calculated. Using kinematic connection sketches of the two transmission models, simulation models are built into the Dymola simulation environment. Models of transmission systems are modified according to simulation results to achieve a continuous variable transmission ratio. Simulation results are compared between the two transmission systems. The main features of Dymola and MATLAB/ Simulink are compared. Advantages and disadvantages of the two softwares are analyzed and compared.

PRODUCT DATA MANAGEMENT FOR FINNISH SMALL AND MEDIUM-SIZED MANUFACTURING ENTERPRISES - Towards a viable information system concept

Product Data Management (PDM) systems have been utilized within companies since the 1980s. Mainly the PDM systems have been used by large companies. This thesis presents the premise that small and medium-sized companies can also benefit from utilizing the Product Data Management systems. Furthermore, the starting point for the thesis is that the existing PDM systems are either too expensive or do not properly respond to the requirements SMEs have. The aim of this study is to investigate what kinds of requirements and special features SMEs, operating in Finnish manufacturing industry, have towards Product Data Management. Additionally, the target is to create a conceptual model that could fulfill the specified requirements. The research has been carried out as a qualitative case study, in which the research data was collected from ten Finnish companies operating in manufacturing industry. The research data is formed by interviewing key personnel from the case companies. After this, the data formed from the interviews has been processed to comprise a generic set of information system requirements and the information system concept supporting it. The commercialization of the concept is studied in the thesis from the perspective of system development. The aim was to create a conceptual model, which would be economically feasible for both, a company utilizing the system and for a company developing it. For this reason, the thesis has sought ways to scale the system development effort for multiple simultaneous cases. The main methods found were to utilize platform-based thinking and a way to generalize the system requirements, or in other words abstracting the requirements of an information system. The results of the research highlight the special features Finnish manufacturing SMEs have towards PDM. The most significant of the special features is the usage of project model to manage the order-to-delivery –process. This differs significantly from the traditional concepts of Product Data Management presented in the literature. Furthermore, as a research result, this thesis presents a conceptual model of a PDM system, which would be viable for the case companies interviewed during the research. As a by-product, this research presents a synthesized model, found from the literature, to abstract information system requirements. In addition to this, the strategic importance and categorization of information systems within companies has been discussed from the perspective of information system customizations.

RMAC-M: Extending the R-MAC Protocol for an Energy Efficient, Delay Tolerant Underwater Acoustic Sensor Network application with a mobile data mule node

One of the major applications of underwater acoustic sensor networks (UWASN) is ocean environment monitoring. Employing data mules is an energy efficient way of data collection from the underwater sensor nodes in such a network. A data mule node such as an autonomous underwater vehicle (AUV) periodically visits the stationary nodes to download data. By conserving the power required for data transmission over long distances to a remote data sink, this approach extends the network life time. In this paper we propose a new MAC protocol to support a single mobile data mule node to collect the data sensed by the sensor nodes in periodic runs through the network. In this approach, the nodes need to perform only short distance, single hop transmission to the data mule. The protocol design discussed in this paper is motivated to support such an application. The proposed protocol is a hybrid protocol, which employs a combination of schedule based access among the stationary nodes along with handshake based access to support mobile data mules. The new protocol, RMAC-M is developed as an extension to the energy efficient MAC protocol R-MAC by extending the slot time of R-MAC to include a contention part for a hand shake based data transfer. The mobile node makes use of a beacon to signal its presence to all the nearby nodes, which can then hand-shake with the mobile node for data transfer. Simulation results show that the new protocol provides efficient support for a mobile data mule node while preserving the advantages of R-MAC such as energy efficiency and fairness.

Szenarien zur zukünftigen Stromversorgung, kostenoptimierte Variationen zur Versorgung Europas und seiner Nachbarn mit Strom aus erneuerbaren Energien

Sowohl die Ressourcenproblematik als auch die drohenden Ausmaße der Klimaänderung lassen einen Umstieg auf andere Energiequellen langfristig unausweichlich erscheinen und mittelfristig als dringend geboten. Unabhängig von der Frage, auf welchem Niveau sich der Energiebedarf stabilisieren lässt, bleibt dabei zu klären, welche Möglichkeiten sich aus technischer und wirtschaftlicher Sicht in Zukunft zur Deckung unseres Energiebedarfs anbieten. Eine aussichtsreiche Option besteht in der Nutzung regenerativer Energien in ihrer ganzen Vielfalt. Die Arbeit "Szenarien zur zukünftigen Stromversorgung, kostenoptimierte Variationen zur Versorgung Europas und seiner Nachbarn mit Strom aus erneuerbaren Energien" konzentriert sich mit der Stromversorgung auf einen Teilaspekt der Energieversorgung, der zunehmend an Wichtigkeit gewinnt und als ein Schlüssel zur nachhaltigen Energieversorgung interpretiert werden kann. Die Stromversorgung ist heute weltweit für etwa die Hälfte des anthropogenen CO2-Ausstoßes verantwortlich. In dieser Arbeit wurden anhand verschiedener Szenarien Möglichkeiten einer weitgehend CO2–neutralen Stromversorgung für Europa und seine nähere Umgebung untersucht, wobei das Szenariogebiet etwa 1,1 Mrd. Einwohner und einen Stromverbrauch von knapp 4000 TWh/a umfasst. Dabei wurde untersucht, wie die Stromversorgung aufgebaut sein sollte, damit sie möglichst kostengünstig verwirklicht werden kann. Diese Frage wurde beispielsweise für Szenarien untersucht, in denen ausschließlich heute marktverfügbare Techniken berücksichtigt wurden. Auch der Einfluss der Nutzung einiger neuer Technologien, die bisher noch in Entwicklung sind, auf die optimale Gestaltung der Stromversorgung, wurde anhand einiger Beispiele untersucht. Die Konzeption der zukünftigen Stromversorgung sollte dabei nach Möglichkeit objektiven Kriterien gehorchen, die auch die Vergleichbarkeit verschiedener Versorgungsansätze gewährleisten. Dafür wurde ein Optimierungsansatz gewählt, mit dessen Hilfe sowohl bei der Konfiguration als auch beim rechnerischen Betrieb des Stromversorgungssystems weitgehend auf subjektive Entscheidungsprozesse verzichtet werden kann. Die Optimierung hatte zum Ziel, für die definierte möglichst realitätsnahe Versorgungsaufgabe den idealen Kraftwerks- und Leitungspark zu bestimmen, der eine kostenoptimale Stromversorgung gewährleistet. Als Erzeugungsoptionen werden dabei u.a. die Nutzung Regenerativer Energien durch Wasserkraftwerke, Windenergiekonverter, Fallwindkraftwerke, Biomassekraftwerke sowie solare und geothermische Kraftwerke berücksichtigt. Abhängig von den gewählten Randbedingungen ergaben sich dabei unterschiedliche Szenarien. Das Ziel der Arbeit war, mit Hilfe unterschiedlicher Szenarien eine breite Basis als Entscheidungsgrundlage für zukünftige politische Weichenstellungen zu schaffen. Die Szenarien zeigen Optionen für eine zukünftige Gestaltung der Stromversorgung auf, machen Auswirkungen verschiedener – auch politischer – Rahmenbedingungen deutlich und stellen so die geforderte Entscheidungsgrundlage bereit. Als Grundlage für die Erstellung der Szenarien mussten die verschiedenen Potentiale erneuerbarer Energien in hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung ermittelt werden, mit denen es erstmals möglich war, die Fragen einer großräumigen regenerativen Stromversorgung ohne ungesicherte Annahmen anhand einer verlässlichen Datengrundlage anzugehen. Auch die Charakteristika der verschiedensten Energiewandlungs- und Transportsysteme mussten studiert werden und sind wie deren Kosten und die verschiedenen Potentiale in der vorliegenden Arbeit ausführlich diskutiert. Als Ausgangsszenario und Bezugspunkt dient ein konservatives Grundszenario. Hierbei handelt es sich um ein Szenario für eine Stromversorgung unter ausschließlicher Nutzung erneuerbarer Energien, die wiederum ausschließlich auf heute bereits entwickelte Technologien zurückgreift und dabei für alle Komponenten die heutigen Kosten zugrundelegt. Dieses Grundszenario ist dementsprechend auch als eine Art konservative Worst-Case-Abschätzung für unsere Zukunftsoptionen bei der regenerativen Stromversorgung zu verstehen. Als Ergebnis der Optimierung basiert die Stromversorgung beim Grundszenario zum größten Teil auf der Stromproduktion aus Windkraft. Biomasse und schon heute bestehende Wasserkraft übernehmen den überwiegenden Teil der Backup-Aufgaben innerhalb des – mit leistungsstarker HGÜ (Hochspannungs–Gleichstrom–Übertragung) verknüpften – Stromversorgungsgebiets. Die Stromgestehungskosten liegen mit 4,65 €ct / kWh sehr nahe am heute Üblichen. Sie liegen niedriger als die heutigen Preisen an der Strombörse. In allen Szenarien – außer relativ teuren, restriktiv ”dezentralen” unter Ausschluss großräumig länderübergreifenden Stromtransports – spielt der Stromtransport eine wichtige Rolle. Er wird genutzt, um Ausgleichseffekte bei der dargebotsabhängigen Stromproduktion aus erneuerbaren Quellen zu realisieren, gute kostengünstige Potentiale nutzbar zu machen und um die Speicherwasserkraft sowie die dezentral genutzte Biomasse mit ihrer Speicherfähigkeit für großräumige Backup-Aufgaben zu erschließen. Damit erweist sich der Stromtransport als einer der Schlüssel zu einer kostengünstigen Stromversorgung. Dies wiederum kann als Handlungsempfehlung bei politischen Weichenstellungen interpretiert werden, die demnach gezielt auf internationale Kooperation im Bereich der Nutzung erneuerbarer Energien setzen und insbesondere den großräumigen Stromtransport mit einbeziehen sollten. Die Szenarien stellen detaillierte und verlässliche Grundlagen für wichtige politische und technologische Zukunftsentscheidungen zur Verfügung. Sie zeigen, dass bei internationaler Kooperation selbst bei konservativen Annahmen eine rein regenerative Stromversorgung möglich ist, die wirtschaftlich ohne Probleme zu realisieren wäre und verweisen den Handlungsbedarf in den Bereich der Politik. Eine wesentliche Aufgabe der Politik läge darin, die internationale Kooperation zu organisieren und Instrumente für eine Umgestaltung der Stromversorgung zu entwickeln. Dabei kann davon ausgegangen werden, dass nicht nur ein sinnvoller Weg zu einer CO2–neutralen Stromversorgung beschritten würde, sondern sich darüber hinaus ausgezeichnete Entwicklungsperspektiven für die ärmeren Nachbarstaaten der EU und Europas eröffnen.

Development of directly modulated high speed telecommunication lasers based on surface defined feedback gratings

High-speed semiconductor lasers are an integral part in the implemen- tation of high-bit-rate optical communications systems. They are com- pact, rugged, reliable, long-lived, and relatively inexpensive sources of coherent light. Due to the very low attenuation window that exists in the silica based optical fiber at 1.55 μm and the zero dispersion point at 1.3 μm, they have become the mainstay of optical fiber com- munication systems. For the fabrication of lasers with gratings such as, distributed bragg reflector or distributed feedback lasers, etching is the most critical step. Etching defines the lateral dimmensions of the structure which determines the performance of optoelectronic devices. In this thesis studies and experiments were carried out about the exist- ing etching processes for InP and a novel dry etching process was de- veloped. The newly developed process was based on Cl2/CH4/H2/Ar chemistry and resulted in very smooth surfaces and vertical side walls. With this process the grating definition was significantly improved as compared to other technological developments in the respective field. A surface defined grating definition approach is used in this thesis work which does not require any re-growth steps and makes the whole fabrication process simpler and cost effective. Moreover, this grating fabrication process is fully compatible with nano-imprint lithography and can be used for high throughput low-cost manufacturing. With usual etching techniques reported before it is not possible to etch very deep because of aspect ratio dependent etching phenomenon where with increasing etch depth the etch rate slows down resulting in non-vertical side walls and footing effects. Although with our de- veloped process quite vertical side walls were achieved but footing was still a problem. To overcome the challenges related to grating defini- tion and deep etching, a completely new three step gas chopping dry etching process was developed. This was the very first time that a time multiplexed etching process for an InP based material system was demonstrated. The developed gas chopping process showed extra ordinary results including high mask selectivity of 15, moderate etch- ing rate, very vertical side walls and a record high aspect ratio of 41. Both the developed etching processes are completely compatible with nano imprint lithography and can be used for low-cost high-throughput fabrication. A large number of broad area laser, ridge waveguide laser, distributed feedback laser, distributed bragg reflector laser and coupled cavity in- jection grating lasers were fabricated using the developed one step etch- ing process. Very extensive characterization was done to optimize all the important design and fabrication parameters. The devices devel- oped have shown excellent performance with a very high side mode suppression ratio of more than 52 dB, an output power of 17 mW per facet, high efficiency of 0.15 W/A, stable operation over temperature and injected currents and a threshold current as low as 30 mA for almost 1 mm long device. A record high modulation bandwidth of 15 GHz with electron-photon resonance and open eye diagrams for 10 Gbps data transmission were also shown.

QoS online routing and MPLS multilevel protection: a survey

A survey of MPLS protection methods and their utilization in combination with online routing methods is presented in this article. Usually, fault management methods pre-establish backup paths to recover traffic after a failure. In addition, MPLS allows the creation of different backup types, and hence MPLS is a suitable method to support traffic-engineered networks. In this article, an introduction of several label switch path backup types and their pros and cons are pointed out. The creation of an LSP involves a routing phase, which should include QoS aspects. In a similar way, to achieve a reliable network the LSP backups must also be routed by a QoS routing method. When LSP creation requests arrive one by one (a dynamic network scenario), online routing methods are applied. The relationship between MPLS fault management and QoS online routing methods is unavoidable, in particular during the creation of LSP backups. Both aspects are discussed in this article. Several ideas on how these actual technologies could be applied together are presented and compared