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Anforderungsbasierte Modellierung und Ausführung von Datenflussmodellen
(2018) Hirmer, Pascal; Mitschang, Bernhard (Prof. Dr.)
Heutzutage steigen die Menge an Daten sowie deren Heterogenität, Änderungshäufigkeit und Komplexität stark an. Dies wird häufig als das "Big-Data-Problem" bezeichnet. Durch das Aufkommen neuer Paradigmen, wie dem Internet der Dinge oder Industrie 4.0, nimmt dieser Trend zukünftig noch weiter zu. Die Verarbeitung, Analyse und Visualisierung von Daten kann einen hohen Mehrwert darstellen, beispielsweise durch die Erkennung bisher unbekannter Muster oder durch das Vorhersagen von Ereignissen. Jedoch stellen die Charakteristiken von Big-Data, insbesondere die große Datenmenge und deren schnelle Änderung, eine große Herausforderung für die Verarbeitung der Daten dar. Herkömmliche, bisher angewandte Techniken, wie zum Beispiel Analysen basierend auf relationalen Datenbanken, kommen hierbei oft an ihre Grenzen. Des Weiteren ändert sich auch die Art der Anwender der Datenverarbeitung, insbesondere in Unternehmen. Anstatt die Datenverarbeitung ausschließlich von Programmierexperten durchzuführen, wächst die Anwendergruppe auch um Domänennutzer, die starkes Interesse an Datenanalyseergebnissen haben, jedoch diese nicht technisch umsetzen können. Um die Unterstützung von Domänennutzern zu ermöglichen, entstand ca. im Jahr 2007, im Rahmen der Web-2.0-Bewegung, das Konzept der Mashups, die es auf einfachem Wege erlauben sollen, Anwender aus unterschiedlichen Domänen beim Zusammenführen von Programmen, grafischen Oberflächen, und auch Daten zu unterstützen. Hierbei lag der Fokus vor allem auf Webdatenquellen wie RSS-Feeds, HTML-Seiten, oder weiteren XML-basierten Formaten. Auch wenn die entstandenen Konzepte gute Ansätze liefern, um geringe Datenmengen schnell und explorativ durch Domänennutzer zu verarbeiten, können sie mit den oben genannten Herausforderungen von Big-Data nicht umgehen. Die Grundidee der Mashups dient als Inspiration dieser Dissertation und wird dahingehend erweitert, moderne, komplexe und datenintensive Datenverarbeitungs- und Analyseszenarien zu realisieren. Hierfür wird im Rahmen dieser Dissertation ein umfassendes Konzept entwickelt, das sowohl eine einfache Modellierung von Datenanalysen durch Domänenexperten ermöglicht - und somit den Nutzer in den Mittelpunkt stellt - als auch eine individualisierte, effiziente Ausführung von Datenanalysen und -verarbeitung ermöglicht. Unter einer Individualisierung wird dabei verstanden, dass die funktionalen und nichtfunktionalen Anforderungen, die je nach Anwendungsfall variieren können, bei der Ausführung berücksichtigt werden. Dies erfordert einen dynamischen Aufbau der Ausführungsumgebung. Hierbei wird dem beschriebenen Problem durch mehrere Ebenen begegnet: 1) Die Modellierungsebene, die als Schnittstelle zu den Domänennutzern dient und die es erlaubt Datenverarbeitungsszenarien abstrakt zu modellieren. 2) Die Modelltransformationsebene, auf der das abstrakte Modell auf verschiedene ausführbare Repräsentationen abgebildet werden kann. 3) Die Datenverarbeitungsebene, mit der die Daten effizient in einer verteilten Umgebung verarbeitet werden, und 4) die Datenhaltungsebene, in der Daten heterogener Quellen extrahiert sowie Datenverarbeitungs- oder Analyseergebnisse persistiert werden. Die Konzepte der Dissertation werden durch zugehörige Publikationen in Konferenzbeiträgen und Fachmagazinen gestützt und durch eine prototypische Implementierung validiert.
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Das ASCEND-Modell zur Unterstützung kooperativer Prozesse
(2002) Frank, Aiko; Mitschang, Bernhard (Prof. Dr.)
Es wird eine neue Klasse von kooperativen Prozessen bestimmt und durch Beispiele betrachtet, deren Unterstützung durch das ASCEND Designflow Model(ADM) erfolgen soll. Diesen Prozessen ist der Bedarf nach Interaktion, Kooperation, kooperativer Nutzung gemeinsamer Ressourcen, Delegation von Teilar-beiten, strukturierten und weniger strukturierten Teilprozessen, Integration von Arbeitsergebnissen und Abstimmung von Aktionen gemein. Daraus wird die Forderung an eine geeignete Benutzerunterstützung abgeleitet, die den Nutzern die geeignete Unterstützung in Form entsprechend konfigurierbarer Dienste zur Verfügung stellt. Es werden Technologien vorgestellt und bewertet, die Teile der aufgestellten Forderungen erfüllen können. Der Schwerpunkt dieser Untersuchung betrifft CSCW und Workflow-Management. Eine weitere Klasse von Systemen zur Durchführung von Arbeiten sind CAD-Frameworks, die spezialisierte Dienste für den technischen Entwurf anbieten. Für die Realisierung der von uns gewünschten flexiblen Zugriffsregelung werden außerdem einige Aspekte der Agententechnologie betrachtet, insbesondere Verhandlungsprotokolle. Aufgrund der so gewonnenen Erkenntnisse wird ein Lösungsansatz präsentiert, der auf einer geeigneten Integration dieser Technologien basiert. Dieser Lösungsansatz wird durch das ASCEND Designflow Model umgesetzt. Dieses Modell verwendet drei wesentliche Aspekte: ein Aktivitätenmodell, einen Informationsraum und Interaktionsprotokolle. Workflow-Management stellt eine ideale Technologie für die Automatisierung der Steuerung von strukturierten Teilprozessen dar. Das Aktivitätenkonzept ist eine geeignete Basis zur Repräsentation von abhängigen Arbeitsschritten. Daher werden diese Konzepte weitgehend in das ADM integriert. Das Aktivitätenkonzept zur Modellierung und Durchführung abgegrenzter Arbeitsschritte hilft die Aufgabenverteilung und Vorgehensweise von Entwurfsprozessen, soweit möglich, zu strukturieren. Bspw. nutzt die Delegations-Beziehung des ADM Aktivitäten zur Spezifikation verschiedener Unteraufträge. Außerdem werden sogenannte Workflow-Aktivitäten eingeführt, die alle Eigenschaften eines Workflows übernehmen und innerhalb eines Entwurfsprozesses ausgeführt werden können. Dadurch wird eine geeignete Unterstützung gut strukturierter Teilprozesse erreicht. Weiterhin werden primitive Aktivitäten zum Kapseln von Werkzeuganwendungen und Groupware-Aktivitäten zur Durchführung von wenig strukturierten Teilarbeiten eingeführt. Eine Besonderheit stellen die Designflow-Aktivitäten dar, die durch sogenannte Design-Primitive eine erweiterte Funktionalität realisieren. So können anpaßbare Constraints angewendet werden, welche die Abhängigkeiten zwischen den in einer Designflow-Aktivität enthaltenen Ressourcen und Aktivitäten beschreiben. Durch die weitgehende Definierbarkeit solcher Constraints, besteht die Möglichkeit anwendungsspezifische Abhängigkeiten einzuführen und eine flexible Ablaufunterstützung zu erreichen. Aufgrund der Forderung nach frühem Austausch von gemeinsamen Ergebnissen, der Bearbeitung gemeinsamer Daten und der Abhängigkeiten bezüglich Daten und Ergebnissen, die in verschiedenen Teilprozessen erarbeitet werden, ist eine Abstimmung zwischen den am Prozeß teilnehmenden Personen notwendig. Dafür wird die gemeinsame Nutzung von Ressourcen im Rahmen eines gemeinsamen Informationsraums eingeführt. Dadurch können unvorherbestimmte Abläufe über die Objektzugriffe koordiniert werden. Zur Durchführung und Abstimmung der Nutzung gemeinsamer Objekte werden Protokolle in Konversationsmustern angewendet, die zum einen eine gewisse Weise des Zugriffs vorschreiben, aber auch die Möglichkeit zur Verhandlung anbieten. Diese Verhandlung, wie sie bei konkurrierenden Zugriffen oder bei der Durchführung des sogenannten Delegationsprotokolls auftreten, stellen ein mächtiges Werkzeug zur Interaktion zwischen allen Entitäten des ADM dar, d.h. zwischen Akteuren, Objekten und Aktivitäten. Die Effekte der Interaktionen werden komplett durch das zugrunde liegende System unterstützt, womit eine konsistente Behandlung ermöglicht ist. Die flexible Einsetzbarkeit, die Anpaßbarkeit und die Erweiterbarkeit der Protokolle ermöglicht einen hohen Grad der Anpassung des ADM an verschiedenste kooperative Prozesse. Damit unterstützt das ADM zum einen Entwurfsprozesse, die teilweise gut strukturiert sind. Zum anderen erlauben die eingeführten Entwurfskonstrukte (bspw. Delegation, Objektzugriffe und Constraints), auch schwächer strukturierte Teilprozesse und damit ein wesentliches Merkmal des Entwurfs bzw. der in dieser Arbeit anvisierten kooperativen Prozesse zu unterstützen. Somit wird erreicht, daß die passendste, unterstützende Technologie für den jeweiligen Teilprozeß verwendet werden kann. Dadurch werden die verschiedenen Anforderungen bezüglich koordinativer, wie auch kooperativer Zusammenarbeit erfüllt.
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Effiziente Gestaltung und Anwendung von attributbasierter Zugriffskontrolle für RESTful Services
(2019) Hüffmeyer, Marc; Mitschang, Bernhard (Prof. Dr.)
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Konzepte für Datensicherheit und Datenschutz in mobilen Anwendungen
(2017) Stach, Christoph; Mitschang, Bernhard (Prof. Dr.)
Smart Devices und insbesondere Smartphones nehmen eine immer wichtigere Rolle in unserem Leben ein. Aufgrund einer kontinuierlich anwachsenden Akkulaufzeit können diese Geräte nahezu ununterbrochen mitgeführt und genutzt werden. Zusätzlich sorgen stetig günstiger werdende Mobilfunktarife und ansteigende Datenraten dafür, dass den Nutzern mit diesen Geräten eine immerwährende Verbindung zum Internet zur Verfügung steht. Smart Devices sind dadurch nicht mehr reine Kommunikationsmittel sondern ebenfalls Informationsquellen. Darüber hinaus gibt es eine Vielzahl an Anwendungen von Drittanbietern für diese Geräte. Dank der darin verbauten Sensoren, können darauf beispielsweise ortsbasierte Anwendungen, Gesundheitsanwendungen oder Anwendungen für die Industrie 4.0 ausgeführt werden, um nur einige zu nennen. Solche Anwendungen stellen allerdings nicht nur ein großes Nutzen-, sondern zu gleich ein immenses Gefahrenpotential dar. Über die Sensoren können die unterschiedlichsten Kontextdaten erfasst und relativ präzise Rückschlüsse auf den Nutzer gezogen werden. Daher sollte bei diesen Geräten ein besonderes Augenmerk auf die Datensicherheit und insbesondere auf den Datenschutz gelegt werden. Betrachtet man allerdings die bestehenden Datensicherheits- und Datenschutzkomponenten in den aktuell vorherrschenden mobilen Plattformen, so fällt auf, dass keine der Plattformen die speziellen Anforderungen an ein mobiles Datensicherheits- und Datenschutzsystem zufriedenstellend erfüllt. Aus diesem Grund steht im Zentrum der vorliegende Arbeit die Konzeption und Umsetzung neuartiger Datensicherheits- und Datenschutzkonzepte für mobile Anwendungen. Hierfür werden die folgenden fünf Forschungsbeiträge erbracht: [FB1] Bestehende Datensicherheits- und Datenschutzkonzepte werden analysiert, um deren Schwachstellen zu identifizieren. [FB2] Ein kontextsensitives Berechtigungsmodell wird erstellt. [FB3] Das Berechtigungsmodell wird in einem flexiblen Datenschutzsystem konzeptionell eingebettet und anschließend implementiert. [FB4] Das Datenschutzsystem wird zu einem holistischen Sicherheitssystem erweitert. [FB5] Das daraus entstandene holistische Sicherheitssystem wird evaluiert. Um die Forschungsziele zu erreichen, wird mit dem Privacy Policy Model (PPM) ein gänzlich neues Modell zur Formulierung von feingranularen Berechtigungsregeln eingeführt, die es dem Nutzer ermöglichen, je nach Bedarf, einzelne Funktionseinheiten einer Anwendung zu deaktivieren, um dadurch die Zugriffsrechte der Anwendung einzuschränken. Zusätzlich kann der Nutzer auch die Genauigkeit der Daten, die der Anwendung zur Verfügung gestellt werden, reduzieren. Das PPM wird in der Privacy Policy Platform (PMP) implementiert. Die PMP ist ein Berechtigungssystem, das nicht nur für die Einhaltung der Datenschutzrichtlinien sorgt, sondern auch einige der Schutzziele der Datensicherheit erfüllt. Für die PMP werden mehrere Implementierungsstrategien diskutiert und deren Vor- und Nachteile gegeneinander abgewogen. Um neben den Datenschutz auch die Datensicherheit gewährleisten zu können, wird die PMP um den Secure Data Container (SDC) erweitert. Mit dem SDC können sensible Daten sicher gespeichert und zwischen Anwendungen ausgetauscht werden. Die Anwendbarkeit der PMP und des SDCs wird an Praxisbeispielen aus vier unterschiedlichen Domänen (ortsbasierte Anwendungen, Gesundheitsanwendungen, Anwendungen in der Industrie 4.0 und Anwendungen für das Internet der Dinge) demonstriert. Bei dieser Analyse zeigt sich, dass die Kombination aus PMP und SDC nicht nur sämtliche Schutzziele, die im Rahmen der vorliegenden Arbeit relevant sind und sich am ISO-Standard ISO/IEC 27000:2009 orientieren, erfüllt, sondern darüber hinaus sehr performant ist. Durch die Verwendung der PMP und des SDCs kann der Akkuverbrauch von Anwendungen halbiert werden.
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Konzepte zur Verbesserung des Monitoring in industriellen Cloud-Umgebungen
(2022) Mormul, Mathias; Mitschang, Bernhard (Prof. Dr.)
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A mobile data management architecture for interoperability of resource and context data
(2013) Brodt, Andreas Markus; Mitschang, Bernhard (Prof. Dr.)
Mobile devices have become general-purpose computers that are equipped with sensors, constantly access the internet, and almost always accompany the user. Consequently, devices manage many different kinds of data about the user's life and context. There is considerable overlap in this data, as different applications handle similar data domains. Applications often keep this data in separated data silos. Web applications, which manage large amounts of personal data, hardly share this data with other applications at all. This lack of interoperability creates redundancy and impacts usability of mobile devices. We present a data management architecture for mobile devices to support interoperability between applications, devices, and web applications at the data management level. We propose a central on-device repository for applications to share resource and context data in an integrated, extensible data model which uses semantic web technologies and supports location data. A web browser interface shares data with web applications, as controlled by a general security model. As a contribution for the platform architecture we present an approach for efficient record-oriented queries in RDF triple stores. We achieve considerably faster query times for typical application queries. This is important, as the platform mandates all applications to manage their data in the same RDF database. Furthermore, we address the integration of spatial query processing into RDF triple stores, as lots of data on mobile devices possess spatial references. We present a data and query model, an implementation approach, and a method for dedicated cardinality estimation of spatial RDF queries. As a further contribution we propose the concept of Ad-hoc Smart Spaces to enable spontaneous data exchange between mobile devices. We present an evaluation of resource discovery protocols in Bluetooth-based scenarios. Finally we addresses interoperability with web applications, for which we specify a web browser interface to access the repository of our architecture. We integrate server-sided data using mashups and apply our results in the area of location-based browser games.
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Ein umfassendes Umgebungsmodell als Integrationsstrategie für ortsbezogene Daten und Dienste
(2005) Nicklas, Daniela; Mitschang, Bernhard (Prof. Dr.)
Der ständige Fortschritt in mobilen Computersystemen und Sensortechnologien ermöglicht eine neue Klasse von Anwendungen: sogenannte kontextbezogene Anwendungen passen sich der Situation (dem Kontext) ihres Benutzers in Präsentation, Informationsselektion und Aktion an. Einen wichtigen Hinweis auf die Situation liefert der Ort eines Benutzers, der über heutige Lokalisierungstechniken verhältnismäßig einfach bestimmt werden kann.Wir sprechen von ortsbezogenen Anwendungen, wenn der räumliche Kontext als primäres Selektionskriterium für die Adaption genutzt wird. Solche Anwendungen benötigen ein Datenmodell, das Informationen ortsbezogen referenziert, ein sogenanntes Umgebungsmodell. Dieses enthält alle für die Anwendung relevanten Informationen über ihre Umgebung: sowohl Repräsentationen der physischen Welt wie auch digitale Daten und Dokumente, die über das Umgebungsmodell mit der physischen Welt verknüpft werden. Für eine Vielzahl unterschiedlicher Daten steht durch den Ort ein umfassendes Sortier- und Selektionskriterium zur Verfügung, durch das wir mit der heutigen Informationsflut besser zurecht kommen können vorausgesetzt, wir können diesen Ortsbezug nutzen. Dadurch wird es möglich, ein umfassendes Umgebungsmodell zu entwickeln, das von verschiedenen ortsbezogenen Anwendungen genutzt wird. Dies hat den Vorteil, dass der hohe Aufwand, Umgebungsmodelle zu erheben und nachzuführen, nicht für jede neue Anwendung erneut auftritt. Diese Arbeit konzipiert ein solches umfassendes Umgebungsmodell, mit dem ortsbezogene Daten und Dienste zu einer einheitlichen Sicht integriert werden können. Auch für die Verwaltung des Umgebungsmodells wird in dieser Arbeit eine Lösung vorgestellt. Statt einem monolithischen System aus Datenmodell und Anwendung wird eine Föderationsplattform eingeführt, die Datenanbieter und Anwendungen entkoppelt und dynamisch miteinander verbindet. Dies bietet den Anwendungen verschiedene Transparenzen, in Bezug auf das Schema, den Speicherort, die Systemheterogenität und die Verteilung der Umgebungsmodelldaten. Hierzu wird zunächst eine umfassende Analyse des Anwendungsgebiets ortsbezogener Anwendungen durchgeführt, um inhaltliche Anforderungen an das Umgebungsmodell abzuleiten. Es werden passende Modellierungskonzepte ausgewählt und das Modell aufgebaut. Für die Verwaltung wird eine offene und verteilte Systemplattform entworfen. Die Gesamtlösung wird durch prototypische Implementierung der Plattformkomponenten, Integrationsstudien und die Entwicklung von Beispielanwendungen evaluiert. Insgesamt wird durch diese Arbeit gezeigt, wie durch Ausnutzung domänenspezifischer Eigenschaften (hier: die räumliche Struktur der Daten) eine effiziente, skalierbare und erweiterbare Föderationsarchitektur bereit gestellt werden kann, die über autonome und wechselnde Anbieter hinweg verschiedenen Anwendungen eine integrierte Datensicht bietet.
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Verarbeitung ortsbezogener Anfragen in lose gekoppelten, föderierten Systemen : Konzeption, Realisierung, Bewertung
(2007) Schwarz, Thomas; Mitschang, Bernhard (Prof. Dr.)
Ortsbezogene Anwendungen nutzen die geographische Position des Benutzers, um ihm darauf maßgeschneiderte Informationen anzuzeigen. Sie gelangen an diese Informationen mittels ortsbezogener Anfragen, die sie an einen Datenanbieter stellen. In dieser Arbeit tritt an die Stelle eines einzelnen Datenanbieters nun eine Integrationsmiddleware, welche die räumlichen Daten und die Kontextdaten vieler einzelner Datenanbieter föderiert, so dass daraus ein einziges umfassendes Modell der Umgebung des Benutzers entsteht. Die Verteilung der Daten auf viele Datenanbieter bleibt dabei für die Anwendungen transparent, so dass für die Anwendungen der Eindruck bestehen bleibt, als kämen die Daten von einem einzelnen Datenanbieter. Dadurch können flexibel und effizient verschiedenste ortsbezogene Anwendungen unterstützt werden. Ebenso können Anwendungen von neuen Datenanbietern profitieren ohne dass sie angepasst werden müssen. Die Datenanbieter sind dabei lose gekoppelt, das heißt, sie sind autonom und können sich nach Belieben in das Gesamtsystem ein- und ausklinken. Ein Datenanbieter geht keine Verpflichtung ein, Daten liefern zu müssen. Auch können Datenanbieter ihre eigenen Daten jederzeit aktualisieren oder ergänzen. Diese Arbeit entstand im Rahmen der Forschergruppe Nexus und des Sonderforschungsbereichs 627 "Umgebungsmodelle für mobile, kontextbezogene Systeme", wobei sich die vorliegende Arbeit auf die Konzeption und Umsetzung der Integrationsmiddleware des Nexus-Systems konzentriert. Die wichtigste Charakteristik ist dabei die Offenheit des Systems für neue Daten und Datenanbieter. Die Arbeit untersucht dabei zum einen, wie eine solche Integrationsmiddleware in einem solchen Umfeld prinzipiell funktioniert, und wie dabei die Besonderheiten der Anwendungsdomäne zu deren Vereinfachung ausgenutzt werden können. Zum anderen werden Techniken entwickelt, welche die Charakteristika der Anwendungsdomäne der ortsbezogenen Anwendungen ausnutzen, um die Effizienz der Integrationsmiddleware zu steigern. Die Basisarchitektur der Integrationsmiddleware setzt sich aus einer Föderationskomponente und einem Verzeichnisdienst zusammen. Die Föderationskomponente hat dabei die selbe Schnittstelle wie die Datenanbieter, wodurch sich Gebietsanfragen recht einfach verarbeiten lassen. Die automatische Koordinatentransformation kann Geodaten, die in unterschiedlichen Koordinatensystemen vorliegen, beispielsweise weil sie von verschiedenen Datenanbietern stammen, automatisch in ein adäquates gemeinsames Koordinatensystem umrechnen, so dass diese gemeinsam verarbeitet und verglichen werden können. Die Verteilung der Daten auf mehrere Anbieter und deren Zusammenführung in der Integrationsmiddleware verursacht das Phänomen der Mehrfachrepräsentationen, weshalb das Datenmodell Mehrfachattribute unterstützen muss. Die dadurch herbeigeführte Komplexitätssteigerung muss entsprechend in der formalen Definition der Anfragesemantik berücksichtigt werden und führt zu vier paarweise dualen Semantikvarianten. Des Weiteren werden einige Konzepte vorgestellt, um mittels der Charakteristika der Anwendungsdomäne die Effizienz der Anfrageverarbeitung zu steigern. Um die Vollständigkeit und Korrektheit von Anfrageergebnissen, die Mehrfachrepräsentationen enthalten, garantieren zu können, müssen diese zwingend mit speziellen Relationenobjekten verknüpft sein, damit der hierzu entworfene Algorithmus die Einzelteile bei der Behandlung von Mehrfachrepräsentationen zusammentragen kann. Gegenüber der Garantie freien Verarbeitung von Anfragen können hierbei zusätzliche Interaktionen mit den Datenanbietern notwendig werden. Der Ortsbezug der Daten und Anfragen wird bei der Verarbeitung föderierter Nachbarschaftsanfragen ausgenutzt. Durch eine iterative Vorgehensweise und eine geschickte Wahl der parallel angefragten Datenanbieter können sowohl die Antwortzeit als auch der Aufwand optimiert werden. Bei der orts- und typbezogenen Anfrageverarbeitung werden bekannte Indexverfahren geschickt konfiguriert, um eine kombinierte Indexstruktur in den räumlichen Dimensionen und der Typdimension zu erhalten, um so die typischen Anfragen noch effizienter verarbeiten zu können. Schließlich werden Mechanismen entwickelt, um beliebige domänenspezifische Funktionalitäten in die Anfrageverarbeitung integrieren zu können. Die funktionalitäten können dort zum einen vom direkten Zugriff auf das Umgebungsmodell profitieren. Zum anderen schafft dies die Voraussetzungen, um deren Ergebnisse für andere Anwendungen oder Benutzer wiederverwenden zu können. Insgesamt werden in dieser Arbeit die Grundprobleme gelöst, wie sich verteilte Umgebungsmodelle lose gekoppelter Datenanbieter föderieren lassen, wie ortsbezogene Anfragen in einem solchen Umfeld verarbeitet werden können, und wie sich der Kontextbezug und weitere Spezifika der Anwendungsdomäne zur Steigerung der Leistung und Effizienz ausnutzen lassen.
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Vorabübertragung schwach strukturierter Informationen in ortsbasierten mobilen Systemen
(2007) Bürklen, Susanne Gudrun; Mitschang, Bernhard (Prof. Dr.)
Die rasant fortschreitende Entwicklung der Mobilkommunikation in Verbindung mit immer leistungsfähigeren mobilen Endgeräten weckt den Wunsch, an jedem Ort und zu jeder Zeit auf entfernte Informationen zugreifen zu können. Drahtlose Weitverkehrsnetze wie die Mobilfunknetze der zweiten oder dritten Generation bieten zwar nahezu überall eine Netzverbindung, weisen jedoch negative Eigenschaften wie eine hohe Latenz, hohe monetäre Kosten und unzuverlässige Verbindungen auf, die teilweise zum entkoppelten Betrieb führen können. Eine hohe Latenz führt dazu, dass auf Grund der hieraus entstehenden langen Übertragungszeiten der Informationen der Energieverbrauch der Funkschnittstelle ansteigt, was in Anbetracht der geringen Energieressourcen mobiler Endgeräte nicht wünschenswert ist. Um diesen Nachteilen entgegen zu wirken, wurden zugriffsoptimierende Methoden wie beispielsweise Caching oder die Vorabübertragung entwickelt, die jedoch unterschiedlichen Zielsetzungen folgen. Eine solche Methode ist die Vorabübertragung von Informationen an solchen Orten, an denen eine breitbandige und kostengünstige Verbindung zur Verfügung steht. In dieser Dissertation wird zur Optimierung des mobilen Informationszugriffs ein generisches Verfahren zur Vorabübertragung von beliebigen schwach strukturierten Informationen in ortsbasierten Anwendungen vorgestellt, das neben einer Verringerung der Latenz den entkoppelten Betrieb unterstützt. Für die Selektion der vorab zu übertragenden Informationen werden je nach Art der Informationen unterschiedliche Methoden angeboten. Als Basis wird eine Infrastruktur von so genannten Infostationen benötigt, an denen mobilen Benutzern mittels drahtloser lokaler Netze ein breitbandiger und kostengünstiger Zugriff auf Informationen ermöglicht wird. Sie sind in Gebieten verteilt, an denen sonst keine oder nur eine Kommunikation mit der maximalen Datenrate eines drahtlosen Weitverkehrsnetzes, wie beispielsweise GSM, GPRS oder UMTS möglich ist. Eine Infostation selektiert die in ihrem Dienstgebiet für einen Benutzer relevanten Informationen und überträgt sie vorab auf dessen mobiles Endgerät. Zukünftige Informationsanfragen können somit lokal aus dem Cache beantwortet werden, was jedoch eine gute Vorhersage voraussetzt. Um eine hohe Relevanz der vorab geladenen Informationen zu erreichen, werden als Selektionskriterium neben der Ortsabhängigkeit von Informationszugriffen auch Beziehungen zwischen den Informationen ausgewertet. Eine Infostation beobachtet das typische Zugriffsverhalten aller Benutzer, die sich in ihrem Dienstgebiet aufhalten und benutzt dieses Wissen zur Vorhersage der Informationen. Das Beobachten des kollektiven Zugriffsverhaltens hat den Vorteil, dass überwiegend diejenigen Informationen vorab geladen werden, die in einem Dienstgebiet zum aktuellen Zeitpunkt populär sind. Dieses Verfahren unterstützt somit auch solche Benutzer, die sich zum ersten Mal in diesem Gebiet aufhalten. Bisweilen können Informationen derart stark zusammenhängen, dass sie für einen Benutzer nur als Gruppe interessant sind und es keinen Sinn ergibt, einzelne Objekte dieser Gruppe isoliert von den anderen zu übertragen. In einem solchen Fall müssen Gruppen (Cluster) gebildet werden, die vollständig vorab übertragen werden. Des Weiteren resultiert die Auswertung des Zugriffsverhaltens einer Menge von Benutzern nicht immer in einer optimalen Entscheidung für einen individuellen Benutzer. Dieser Effekt kann jedoch verringert werden, wenn Nutzungsprofile in die Übertragungsentscheidung mit einbezogen werden. Das generische Vorabübertragungsverfahren wurde für den mobilen Zugriff auf das Web spezialisiert und evaluiert. Zur systematischen Leistungsbewertung wurde ein Modell für das Navigationsverhalten von Benutzern im Web entwickelt und implementiert, das Sequenzen von synthetischen Zugriffen auf das Web erzeugt. Mit dem clusterbasierten Auswahlverfahren konnten Trefferraten erzielt werden, die andere Ansätze um mehr als das Dreifache übertreffen. Schließlich ist der Energiebedarf der Funkschnittstelle ein nicht zu vernachlässigender Faktor für die Lebensdauer der Batterie, so dass die Zeit zum Senden und Empfangen von Daten möglichst gering gehalten werden sollte. In einem drahtlosen lokalen Netz steht eine um mindestens eine Größenordnung höhere Bandbreite als in drahtlosen Weitverkehrsnetzen zur Verfügung, wodurch die Übertragungszeit von Informationen deutlich verkürzt wird. Eine Analyse des Leistungsbedarfs von Funkschnittstellen beider Technologien hat gezeigt, dass durch den Einsatz des vorgestellten Verfahrens zur Vorabübertragung von Informationen in jedem Fall Energieeinsparungen möglich sind. Bei Kenntnis der zu erzielenden Trefferrate kann somit die Größe des Caches bestimmt werden, die den Energieverbrauch beim Laden der Informationen minimiert.