Energy Efficient Multimedia Communications in IEEE 802.11 Networks

During the last decade wireless mobile communications have progressively become part of the people’s daily lives, leading users to expect to be “alwaysbest-connected” to the Internet, regardless of their location or time of day. This is indeed motivated by the fact that wireless access networks are increasingly ubiquitous, through different types of service providers, together with an outburst of thoroughly portable devices, namely laptops, tablets, mobile phones, among others. The “anytime and anywhere” connectivity criterion raises new challenges regarding the devices’ battery lifetime management, as energy becomes the most noteworthy restriction of the end-users’ satisfaction. This wireless access context has also stimulated the development of novel multimedia applications with high network demands, although lacking in energy-aware design. Therefore, the relationship between energy consumption and the quality of the multimedia applications perceived by end-users should be carefully investigated. This dissertation addresses energy-efficient multimedia communications in the IEEE 802.11 standard, which is the most widely used wireless access technology. It advances the literature by proposing a unique empirical assessment methodology and new power-saving algorithms, always bearing in mind the end-users’ feedback and evaluating quality perception. The new EViTEQ framework proposed in this thesis, for measuring video transmission quality and energy consumption simultaneously, in an integrated way, reveals the importance of having an empirical and high-accuracy methodology to assess the trade-off between quality and energy consumption, raised by the new end-users’ requirements. Extensive evaluations conducted with the EViTEQ framework revealed its flexibility and capability to accurately report both video transmission quality and energy consumption, as well as to be employed in rigorous investigations of network interface energy consumption patterns, regardless of the wireless access technology. Following the need to enhance the trade-off between energy consumption and application quality, this thesis proposes the Optimized Power save Algorithm for continuous Media Applications (OPAMA). By using the end-users’ feedback to establish a proper trade-off between energy consumption and application performance, OPAMA aims at enhancing the energy efficiency of end-users’ devices accessing the network through IEEE 802.11. OPAMA performance has been thoroughly analyzed within different scenarios and application types, including a simulation study and a real deployment in an Android testbed. When compared with the most popular standard power-saving mechanisms defined in the IEEE 802.11 standard, the obtained results revealed OPAMA’s capability to enhance energy efficiency, while keeping end-users’ Quality of Experience within the defined bounds. Furthermore, OPAMA was optimized to enable superior energy savings in multiple station environments, resulting in a new proposal called Enhanced Power Saving Mechanism for Multiple station Environments (OPAMA-EPS4ME). The results of this thesis highlight the relevance of having a highly accurate methodology to assess energy consumption and application quality when aiming to optimize the trade-off between energy and quality. Additionally, the obtained results based both on simulation and testbed evaluations, show clear benefits from employing userdriven power-saving techniques, such as OPAMA, instead of IEEE 802.11 standard power-saving approaches.

An Application-Layer RESTful Sleepy Nodes Implementation For Internet of Things Systems

Two of the main issues in wireless industrial Internet of Things applications are interoperability and network lifetime. In this work we extend a semantic interoperability platform and introduce an application-layer sleepy nodes protocol that can leverage on information stored in semantic repositories. We propose an integration platform for managing the sleep states and an application layer protocol based upon the Constraint Application Layer protocol. We evaluate our system on windowing based task allocation strategies, aiming for lower overall energy consumption that results in higher network lifetime.

Evaluation of Video Transmission Energy Consumption and Quality

The widespread use of wireless enabled devices and the increasing capabilities of wireless technologies has promoted multimedia content access and sharing among users. However, the quality perceived by the users still depends on multiple factors such as video characteristics, device capabilities, and link quality. While video characteristics include the video time and spatial complexity as well as the coding complexity, one of the most important device characteristics is the battery lifetime. There is the need to assess how these aspects interact and how they impact the overall user satisfaction. This paper advances previous works by proposing and validating a flexible framework, named EViTEQ, to be applied in real testbeds to satisfy the requirements of performance assessment. EViTEQ is able to measure network interface energy consumption with high precision, while being completely technology independent and assessing the application level quality of experience. The results obtained in the testbed show the relevance of combined multi-criteria measurement approaches, leading to superior end-user satisfaction perception evaluation .

Fine-grained Indoor Tracking by Fusing Inertial Sensor and Physical Layer Information in WLANs

Indoor positioning has become an emerging research area because of huge commercial demands for location-based services in indoor environments. Channel State Information (CSI) as a fine-grained physical layer information has been recently proposed to achieve high positioning accuracy by using range-based methods, e.g., trilateration. In this work, we propose to fuse the CSI-based ranges and velocity estimated from inertial sensors by an enhanced particle filter to achieve highly accurate tracking. The algorithm relies on some enhanced ranging methods and further mitigates the remaining ranging errors by a weighting technique. Additionally, we provide an efficient method to estimate the velocity based on inertial sensors. The algorithms are designed in a network-based system, which uses rather cheap commercial devices as anchor nodes. We evaluate our system in a complex environment along three different moving paths. Our proposed tracking method can achieve 1:3m for mean accuracy and 2:2m for 90% accuracy, which is more accurate and stable than pedestrian dead reckoning and range-based positioning.

Passively Track WiFi Users with an Enhanced Particle Filter using Power-based Ranging

Passive positioning systems produce user location information for third-party providers of positioning services. Since the tracked wireless devices do not participate in the positioning process, passive positioning can only rely on simple, measurable radio signal parameters, such as timing or power information. In this work, we provide a passive tracking system for WiFi signals with an enhanced particle filter using fine-grained power-based ranging. Our proposed particle filter provides an improved likelihood function on observation parameters and is equipped with a modified coordinated turn model to address the challenges in a passive positioning system. The anchor nodes for WiFi signal sniffing and target positioning use software defined radio techniques to extract channel state information to mitigate multipath effects. By combining the enhanced particle filter and a set of enhanced ranging methods, our system can track mobile targets with an accuracy of 1.5m for 50% and 2.3m for 90% in a complex indoor environment. Our proposed particle filter significantly outperforms the typical bootstrap particle filter, extended Kalman filter and trilateration algorithms.

Robust indoor localization of narrowband signals

Many location-based services target users in indoor environments. Similar to the case of dense urban areas where many obstacles exist, indoor localization techniques suffer from outlying measurements caused by severe multipath propaga??tion and non-line-of-sight (NLOS) reception. Obstructions in the signal path caused by static or mobile objects downgrade localization accuracy. We use robust multipath mitigation techniques to detect and filter out outlying measurements in indoor environments. We validate our approach using a power-based lo??calization system with GSM. We conducted experiments without any prior knowledge of the tracked device's radio settings or the indoor radio environment. We obtained localization errors in the range of 3m even if the sensors had NLOS links to the target device.

Invited Abstract: Issues with State-based Energy Consumption Modelling

Energy consumption modelling by state based approaches often assume constant energy consumption values in each state. However, it happens in certain situations that during state transitions or even during a state the energy consumption is not constant and does fluctuate. This paper discusses those issues by presenting some examples from wireless sensor and wireless local area networks for such cases and possible solutions.

Zur Bedeutung sportbezogener Verhaltensmuster in der Familie für die Sportpartizipation Jugendlicher

Einleitung: In der Sportpartizipation Jugendlicher und junger Erwachsener bestehen trotz vielfältiger Bemühungen der Sport- und Bewegungsförderung nach wie vor soziale Ungleichheiten und die Ausstiegsraten sind darüber hinaus relativ hoch (Nagel, 2003). Ein möglicher Erklärungsansatz für diese sozialen Ungleichheiten dürften aus einer sozialisationstheoretischen Perspektive die transgenerationale Vermittlung von sportbezogenen Wertvorstellungen und Verhaltensmuster in der Familie sein (Baur, 1989; Burrmann, 2005). Im Familienalltag wird den Aspekten Bewegung und Sport eine unterschiedliche Bedeutung zugesprochen, weshalb der Frage nachgegangen wird, inwiefern das Sportverhalten von Jugendlichen über sportbezogene Wertvorstellungen und Verhaltensmuster in der Familie beeinflusst wird. Methode: Mittels eines Online-Fragebogens wurden insgesamt 1909 Heranwachsende im Alter von 15 bis 20 Jahren (n = 1909; M = 17.3, SD = 1.7) zu ihrem aktuellen Sportverhalten sowie zu den sportbezogenen Verhaltensmustern in ihrer Familie befragt. Nebst dieser quantitativen Untersuchung wurden teilstrukturierte Interviews mit 13 Jugendlichen und jungen Erwachsenen im Alter zwischen 15 und 25 Jahren mit denselben Themenschwerpunkten geführt. Resultate: Die Ergebnisse der multiplen linearen Regression zeigen, dass wichtige Prädiktoren der Sportpartizipation von Jugendlichen die Kommunikation über Sport (β = .19, p < .001), die gegenseitige Unterstützung (β = .16, p < .001), die regelmässige Sportaktivität (β = .11, p < .01) sowie der Stellenwert des Sports in der Familie (β = .09, p < .05) darstellen. Die gemeinsame Sportaktivität in der Familie sowie das sportbezogene Gesundheitsbewusstsein im Familienalltag sind für die Sportbeteiligung Jugendlicher nicht relevant. Die signifikanten familiären Sportverhaltensmuster klären 16.8% der Varianz auf. Mithilfe der strukturierenden qualitativen Inhaltsanalyse nach Mayring (2002) lassen sich aus den Interviews vertiefende Aussagen zu den einzelnen Prädiktoren machen. Diskussion: Die quantitativen sowie qualitativen Ergebnisse zeigen die Relevanz des Stellenwerts des Sports sowie gewisser habitueller Sportverhaltensmuster in der Familie für die Sportbeteiligung der Jugendlichen auf. Die Sportförderung der jüngeren Generation über das familiäre Sportverhalten und deren sportbezogenen Wertvorstellungen scheint eine fruchtbare Strategie zu sein, um beim Nachwuchs aktive Sportverhaltensmuster zu entwickeln und dadurch die Sportpartizipation bis hin zum Jugend- und Erwachsenenalter aufrecht zu erhalten. Um zielgerichtet auf Familien zugeschnittene Sportförderprogramme schaffen zu können, sind jedoch weitere Untersuchungen zur transgenerationalen Vermittlung von sportbezogenen Wertvorstellungen und Verhaltensmuster in Familien notwendig. Literatur: Baur, J. (1989). Körper- und Bewegungskarrieren. Schorndorf: Hofmann. Burrmann, U. (2005). Zur Vermittlung und intergenerationalen "Vererbung" von Sport(vereins)engagements in der Herkunftsfamilie. Sport und Gesellschaft, 2, 125-154. Mayring, P. (2002). Einführung in die qualitative Sozialforschung: Eine Anleitung zu qualitativem Denken. Weinheim: Beltz. Nagel, M. (2003). Soziale Ungleichheiten im Sport. Aachen: Meyer & Meyer. 31

Digitalisierung und Industrie 4.0 – Herausforderungen für eine Ethik der Arbeit

Die im Auftrag der Ev. Kirche im Rheinland erarbeitete Studie ist vor allem auf die Frage der sozialethischen Herausforderung der Strategie 'Industrie 4.0' fokussiert. Da diese nicht sinnvoll ohne die Wahrnehmung der normativen Perspektive und der sozialpolitischen Rahmenbedingungen erörtert werden kann, wird zunächst die sozialethische normative Ausgangsposition einer protestantischen Arbeitsethik kurz in Erinnerung gerufen, um dann die sozialpolitischen Rahmenbedingungen knapp zu thematisieren. In einem nächsten Schritt wird die Landschaft der mit dem Konzept der Digitalisierung bezeichneten Entwicklungen skizziert, um dann auf den Charakter, die Instrumente und die Umsetzung des Konzepts der 'Industrie 4.0' einzugehen. Darauf aufbauend werden dann die arbeitsbezogenen Optionen und Alternativen thematisiert, um schliesslich diejenigen Optionen auszuzeichnen, denen in sozialethischer Perspektive bevorzugte Aufmerksamkeit zukommen sollte.

The Circle: Die neue Kolonisierung des inneren Menschen

Mit Hilfe des zeitgenössischen Romans 'The Circle' von Dave Eggers werden Entgrenzungs- und Verdichtungstendenzen moderner subjektivierter Arbeit illustriert, die einen Zusammenhang mit Burnout- und Erschöpfungsdepressionsdiagnosen plausibilisieren. Angesichts der Uneindeutigkeit der empirischen Evidenz wird vorgeschlagen, die Problematik der modernen Gestalt der Erwerbsarbeit – vor allem für diejenigen am unteren Ende der jeweiligen Hierarchien – nicht nur anhand ihrer Krankheitsträchtigkeit, sondern mit Hilfe des Konzepts der Lebensformen und ihrer normativen Aufladung zu kritisieren: Massiv entgrenzte und verdichtete Arbeit erscheint dann als Bruch des 'Arbeitsversprechens', das sich mit Entstehung der Arbeitsgesellschaft im 19. Jh. herausgebildet hat.

On the road. Der Pilgerweg der Gerechtigkeit und des Friedens als transformative Herausforderung

Am Leitfaden der Geschichte der Emmaus-Jünger (Lk 24,13-35) wird die Botschaft der Ökumenischen Weltversammlung von Busan von 2013 in ihrer Verbindung von geistlicher Transformation der Glaubenden und politischer Transformation durch die Glaubenden am Beispiel der Nachhaltigkeitsthematik ausgelegt.

Ein klares Wort zur rechten Zeit. Die päpstliche Enzyklika Laudato si' in protestantischer Sicht

Im Beitrag geht es um eine kritische Würdigung der ersten Sozialenzyklika Papst Franziskus' aus evangelischer Sicht. Betont werden die Parallelen zwischen Laudato Si' und der protestantischen Tradition des Nachhaltigkeitsdenkens seit den siebziger Jahren des 20. Jahrhunderts. Wichtige Parallelen liegen in der Verbindung von Ökologie und sozialer Gerechtigkeit, im Hinweis auf die Ungleichverteilung der Macht und die Notwendigkeit entsprechender Reformen, in der genauen Krisenwahrnehmung und der Aufmerksamkeit für eine Nachhaltigkeitskultur, im Selbstverständnis der Enzyklika als Diskursangebot eher denn als Lehrschreiben. Zudem formuliert der Autor aus protestantischer Perspektive kritische Anfragen an das Moderne- und Naturverständnis der Enzyklika.