Secure and Decentralized Swarm Behavior with Autonomous Agents for Smart Cities

Unmanned Aerial Vehicles (UAVs), referenced as drones, have advanced to consumer adoption for hobby and business use. Drone applications, such as infrastructure technology, security mechanisms, and resource delivery, are just the starting point. More complex tasks are possible through the use of UAV swarms. These tasks increase the potential impacts that drones will have on smart cities, modern cities which have fully adopted technology in order to enhance daily operations as well as the welfare of it's citizens. Smart cities not only consist of static mesh networks of sensors, but can contain dynamic aspects as well including both ground and air based autonomous vehicles. Networked computational devices require paramount security to ensure the safety of a city. To accomplish such high levels of security, services rely on secure-by-design protocols, impervious to security threats. Given the large number of sensors, autonomous vehicles, and other advancements, smart cities necessitates this level of security. The SHARK protocol (Secure, Heterogeneous, Autonomous, and Rotational Knowledge for Swarms) ensures this kind of security by allowing for new applications for UAV swarm technology. Enabling drones to circle a target without a centralized control or selecting lead agents, the SHARKS protocol performs organized movement among agents without creating a central point for attackers to target. Through comparisons on the stability of the protocol in different settings, experiments demonstrate the efficiency and capacity of the SHARKS protocol.Comment: 8 pages, 1 figure, 1 chart, 8 table

Agricultural Rental Hall Wedding and Event Venues Party Barns

Rural event and wedding venues are all the rage, but many simply begin operation without proper code and zoning compliance. Rural property owners seldom understand that their old barn or new pole building was not built to Class 1 structure standards to allow public access, but when enforcement is initiated tearful brides and angry event planners blame local government. Other non-approved event venue owners are knowingly exceeding the limits and pushing enforcement of codes and public nuisance laws

Zur breitbandigen Infrarot-Indoorkommunikation

In der vorliegenden Arbeit wurden die wichtigsten physikalischen Aspekte der drahtlosen IR- Übertragung analysiert; wesentliche Ergebnisse flossen in den Entwurf und den Aufbau einer experimentellen IR-Schnittstelle ein, die bei 16-Mbit/s arbeitet. Der Experimentalaufbau zeigt: Unter der Prämisse sehr einfacher optischer Komponenten ist eine Bitrate von 16-Mbit/s realisierbar, wenn LOS-Verbindungen und vergleichsweise hohe Sendeleistungen akzeptiert werden. Der Aufbau bestätigt damit zuvor gewonnene theoretische Erkenntnisse. Der Entwurf der Schnittstelle wurde nachvollziehbar dargestellt, er verdeutlicht am praktischen Beispiel die wesentlichen Probleme der ungerichteten optischen Übertragung. Aus Sicht des Nutzers hat die flexible Plazierbarkeit eines Endgeräts eine hohe Bedeutung: Im Vergleich zu LOSKonfigurationen treten bei difusen Verbindungen aber neben erhöhten Einbußen durch Mehrwegedispersion auch deutlich höhere Ausbreitungsverluste auf. Dabei ist der Ausbreitungsverlust nicht die eigentliche Schwachstelle der optischen Übertragung, wenn als Referenz die Funkübertragung dient. Denn die difuse Reaktivität vieler Umgebungsmaterialien ist hoch, das haben die eigenen Messungen bestätigt. Das wesentliche Problem der IR- Übertragung ist die schlechte Empfängerempfindlichkeit; im Beispiel wies der optische Detektor einen im Vergleich zum Funkempfänger 46-56 dB niedrigeren Wert auf - letztlich muß dieser Parameter durch einen möglichst geringen Pfadverlust kompensiert werden. Da mit einer difusen Reflexion immer eine hohe Ausdünnung der Signalintensität korrespondiert, sind mit der heutigen Empfängertechnologie keine ökonomischen Lösungen für difuse oder quasidifuse Verbindungen möglich, wenn die Detektorfläche auf wenige cm2 begrenzt bleiben soll. Gerade bei zunehmend kleiner werdenden Endgeräten bzw. der wachsenden Verbreitung von Handhelds ist aber die Einbaugröße von hoher Bedeutung. "Nicht ökonomisch" bezieht sich dabei sowohl auf die notwendigen Herstellungskosten als auch auf die Sendeleistung. Einem leistungseffizienten Modulationsverfahren kommt in Anbetracht der limitierten Empfängerempfindlichkeit eine hohe Bedeutung zu. In diesem Zusammenhang wurde der theoretisch erreichbare Gewinn durch Binärcodierung dargestellt. Es wurde gezeigt, daß sich MPPM-Varianten mit großer Symbollänge dieser theoretischen Grenze immerhin bis auf etwa 3-4 dB nähern. Die tatsächliche Eignung eines Modulations- bzw. Codierverfahrens kann allerdings erst in Zusammenhang mit dessen Eigenschaften bei Übertragung in realen (dispersiven) Kanälen beurteilt werden: Für die experimentelle Schnittstelle zeigte "konventionelles" 4-PPM das ausgewogenste Verhalten. PPM höherer Ordnung verspricht bei ungerichteter Übertragung mit nicht-sektorisierten Komponenten aufgrund einer erhöhten Anfälligkeit gegenüber Mehrwegedispersion keine Vorteile bzgl. der Signalleistung. Optischen Mehrträgerverfahren kommt im Zusammenhang mit der aktuellen Empfängertechnologie dagegen keine relevante praktische Bedeutung zu: Letztlich kann die optische Übertragung aufgrund der großen spektralen Breite der Detektoren nur in geringem Maße von der eigentlichen Größe des optischen Spektrums proftieren. Die Parameter der optischen bzw. optoelektronischen Empfängerkomponenten haben wesentlichen Einfluß auf Gütekriterien wie die mögliche Bitrate (in diesem Zusammenhang wurde gezeigt, wie der Delay-Spread durch den FOV beeinflußt wird) und die schon angesprochene Empfängerempfindlichkeit. Technologische Aspekte zum Empfänger wurden ausführlich diskutiert. Es wurde eine neue Realisierungsmöglichkeit für ein optisches Filter vorgestellt, das in seiner einfachsten Variante einen Leistungsvorteil von ca. 1.5 dB gegenüber einem Farbglasfilter verspricht - bei ähnlichen Kosten. Wird von einer Silizium-Photodiode abgesehen, sind Gewinne von 5-6.5 dB realistisch. Ausführlich wurde auch die Photodiode behandelt, aus deren (quadratischer) Wandlungscharakteristik die prinzipiellen Unterschiede zum Funk resultieren. Avalanche-Photodioden können bei angepaßtem Verstärkerdesign (auch dieser Aspekt wurde sowohl theoretisch als auch am praktischen Beispiel diskutiert) keine Vorteile gegenüber PIN-Photodioden erreichen, weil die Empfängerempüdlichkeit selbst bei Imaging-Receivern durch das Schrotrauschen des Photostroms bestimmt wird. Silizium-Alternativmaterialien für größere Betriebswellenlängen scheitern dagegen zumindest bei großflächigen Dioden an einer zu hohen Kapazität. Überhaupt sind die Parameter einer Photodiode, die für drahtlose Anwendungen eingesetzt werden soll, nicht unmittelbar mit denen einer Diode vergleichbar, die für den faseroptischen Einsatz konzipiert wurde: Durch die große Fläche der Diode muß die Kapazitätä durch eine vergleichsweise hohe Schichtdicke kompensiert werden, die wiederum die Ladungsträgerlaufzeiten negativ beeinflußt. Tatsächlich muß eine Photodiode dem konkreten Anwendungsfall angepaßt werden - das zeigte sich gerade beim Aufbau der Experimentalschnittstelle anhand der zu geringen Grenzfrequenz einer eingesetzten Photodiode. Viele internationale Aktivitäten gelten heute der Untersuchung sektorisierter Sender und Empfänger. Soll die Datenrate der vorliegenden IR-Schnittstelle deutlich erhöht werden, wären zumindest auf der Seite der Basisstation sektorisierte Komponenten angebracht, wenn der abzudeckende Raumbereich beibehalten werden soll. Dabei muß allerdings eine genaue Kosten-Nutzen-Abwägung durchgeführt werden: Nach Ansicht des Autors müssen IR-Produkte letztlich deutlich preiswerter als Funklösungen sein, weil der Nutzer auch einen erheblichen Kompromiß hinsichtlich der Plazierbarkeit und der Störanfälligkeit eingehen muß. An dieser Tatsache wird auch eine im Vergleich zum Funk höhere Datenrate nur wenig ändern. Nach Ansicht des Autors können Verbesserungen vornehmlich auf technologischem Gebiet erreicht werden. Gerade für hoch-sektorisierte Sender und Empfänger sind einfachere Lösungen gefragt. Bei LOS-Verbindungen erspricht vor allem die Sektorisierung der Sender hohe Gewinne bzgl. der Signalleistung | allerdings benotigt ein solcher Sender auch eine Information über die Richtung des anderen Endgeräts. Auch hier fehlen einfache Lösungen. Ein besonders kritischer Punkt ist das optische Filter; ob ein Gewinn von 5-6.5 dB allerdings die Anwendung direkter Mischhalbleiter als Photodiodenmaterial rechtfertigt, kann vom Autor als Nicht-Technologen derzeit nicht mit Klarheit beantwortet werden. Nach Ansicht des Autors wird IR im WLAN-Bereich eine Nischenlösung bleiben. Das Potential liegt vornehmlich in sehr preiswerten Schnittstellen, die dem Nutzer über geringe Entfernungen einen besonders schnellen Datenabgleich zwischen Endgeräten ermöglichen. Evtl. bieten auch Doppellösungen von Funk und IR in einem Gerät Vorteile: Funk garantiert eine hohe Flexibilität, IR eine hohe Datenrate. Dazu muß die IR-Komponente aber klein und preiswert ausfallen

Toray End-board Loading Station

As part of the University of Rhode Island’s senior capstone design program, Toray Plastics (America) Inc. has proposed a design challenge which involves creating an end-board loading station to be used in conjunction with their new automated packaging facility. This report details the design challenges, objectives, and processes which were used to arrive at final design for the end-board loading mechanism for Toray Plastics (America) Inc. This report also analyzes and proves the validity of the solution from all perspectives. Toray Plastics located in North Kingstown, RI, is a producer of plastics prominently used in the food industry for packaging. The plastic packing materials are shipped out on large rolls and recently Toray has been building a fully automated packaging facility to expedite the shipping process. Toray ships these rolls of material on a large coil with end-boards on the sides to support the coil. The new packaging facility has robots which will remove the end-boards from a designated cart and place them onto the ends of the rolls. The challenge which Toray has presented is to design something to assist operators remove the end-boards from the shipping pallets and place them onto the designated carts in the correct orientation. The solution that has been developed by Team 1 is device which will help an operator move 15 of the end-boards at once. The proposed solution uses an internal gripping mechanism which will be lowered into the center of the end-boards and expand outwards gripping the inner diameter. The device will be lifted by an electric hoist and attached to a trolley system to lift and maneuver the end-boards. The internal gripping mechanism will require no external force and it relies on gravity and the weight of the end-boards to secure and grip the end-boards. Only when the end-boards are placed on the ground and no longer being lifted is it possible for the gripping device to be detached. The proposed solution satisfies all design requirements and removes the lifting requirements from the operators which dramatically improves ergonomics and safety. This solution also has the potential to significantly increase the rate of production by allowing for the handling of many end-boards instead of one end-board at a time. This solution was the final result of months of discussion and deliberation and this report details the process taken to arrive at this final design. With guidance from Toray Plastics the design team has arrived at this solution and proved the concept’s strength through thorough cost, safety, ergonomic, and engineering analysis

Distribution of AMPA Receptor Subunits and Tarps in Synaptic and Extrasynaptic Membranes of the Adult Rat Nucleus Accumbens

We characterized the distribution of AMPA receptor (AMPAR) subunits and the transmembrane AMPA receptor regulatory proteins (TARPs) γ-2 and γ-4 in adult rat nucleus accumbens (NAc) using a method that separates plasma membranes into synaptic membrane-enriched and extrasynaptic membrane-enriched fractions. We also measured GluA1 phosphorylated at serine 845 (pS845 GluA1) and serine 831 (pS831 GluA1). GluA1–3 protein levels and pS831 GluA1/total GluA1 were higher in synaptic membranes. However, pS845 GluA1/total GluA1 was higher in extrasynaptic membranes, consistent with a role for S845 phosphorylation in GluA1 insertion at extrasynaptic sites. Homeric GluA1 receptors were detected in extrasynaptic membranes, consistent with evidence for extrasynaptic Ca2+-permeable AMPARs in other systems. The TARP γ-2 was enriched in synaptic membranes, whereas γ-4 was mainly found in extrasynaptic membranes, suggesting distinct roles for these proteins in the NAc. These experiments provide fundamental information that will aid in the interpretation of studies on AMPAR-related plasticity in the NAc

Surface Expression of GABAA Receptors in the Rat Nucleus Accumbens is Increased in Early but Not Late Withdrawal from Extended-Access Cocaine Self-Administration

It is well established that cocaine-induced changes in glutamate receptor expression in the nucleus accumbens (NAc) play a significant role in animal models of cocaine addiction. Far less is known about cocaine-induced changes in GABA transmission, despite its importance in regulating NAc output via local interneurons and medium spiny neuron (MSN) axon collaterals (GABA \u27microcircuit\u27). Here we investigated whether GABAA receptor surface or total expression is altered following an extended-access cocaine self-administration regimen that produces a time-dependent intensification (incubation) of cue-induced cocaine craving in association with strengthening of AMPA receptor (AMPAR) transmission onto MSN. Rats self-administered cocaine or saline (control condition) 6h/day for 10 days. NAc tissue was obtained and surface proteins biotinylated on three withdrawal days (WD) chosen to span incubation of craving and associated AMPAR plasticity: WD2, WD25 and WD48. Immunoblotting was used to measure total and surface expression of three GABAA receptor subunits (α1, α2, and α4) that are strongly expressed in the NAc. We found a transient increase in surface, but not total, expression of the α2 subunit on WD2 from cocaine self-administration, an effect that was no longer observed by WD25. The expression of α1 and α4 subunits was not altered at these withdrawal times. On WD48, when AMPAR transmission is significantly potentiated, we did not find any alteration in GABAA receptor surface or total expression. Our findings suggest that the strengthening of AMPAR-mediated glutamate transmission in the NAc is not accompanied by compensatory strengthening of GABAergic transmission through insertion of additional GABAA receptors