05 Fakultät Informatik, Elektrotechnik und Informationstechnik
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Item Open Access Emulation von Rechnernetzen zur Leistungsanalyse von verteilten Anwendungen und Netzprotokollen(2005) Herrscher, Daniel J.; Rothermel, Kurt (Prof. Dr. rer. nat. Dr. h. c)Um die Leistung von verteilten Anwendungen und Netzprotokollen in Abhängigkeit von den Eigenschaften der verwendeten Rechnernetze zu analysieren, wird eine Testumgebung benötigt, die Netzeigenschaften zuverlässig nachbilden ("emulieren") kann. Eine solche Testumgebung wird Emulationssystem genannt. Bisher existierende Emulationssysteme sind aufgrund ihrer Architektur entweder nur für sehr kleine Szenarien geeignet, oder sie können nur unabhängige Netzverbindungen nachbilden, und schließen damit alle Netztechnologien mit gemeinsamen Medien aus. In dieser Arbeit werden zunächst verschiedene Architekturvarianten für die Realisierung eines Emulationssystems vorgestellt und bewertet. Für die Variante mit zentraler Steuerung und verteilten Emulationswerkzeugen wird dann detailliert die Funktionalität eines Emulationssystems mit seinen wesentlichen Komponenten beschrieben. Das in dieser Arbeit entwickelte Emulationsverfahren greift auf der logischen Ebene der Sicherungsschicht in den Kommunikationsstapel ein. Auf dieser Ebene werden die beiden Basiseffekte Rahmenverlust und Verzögerung durch verteilte Emulationswerkzeuge nachgebildet. Alle anderen Netzeigenschaften können auf diese Basiseffekte zurückgeführt werden. Um Netztechnologien mit gemeinsamen Medien durch verteilte Werkzeuge nachbilden zu können, wird zusätzlich das Konzept des virtuellen Trägersignals eingeführt. Hierbei werden die Eigenschaften eines Rundsendemediums nachgebildet, indem kooperative Emulationswerkzeuge Rundsendungen zur Signalisierung eines Trägersignals benutzen. Somit kann jedeWerkzeuginstanz lokal ein aktuelles Modell des emulierten gemeinsamen Mediums halten. Auf dieser Basis kann auch das Verhalten von Medienzugriffsprotokollen nachgebildet werden. Die Arbeit deckt auch die wesentlichen Realisierungsaspekte eines Emulationssytems ab. Mit ausführlichen Messungen wird gezeigt, dass das entwickelte System für die Nachbildung von Netzszenarien sehr gut geeignet ist, selbst wenn die nachzubildenden Parameter sich dynamisch ändern. Die entwickelten Werkzeuge sind in der Lage, Netzeigenschaften in einem weiten Parameterbereich realistisch nachzubilden. Mit diesem System steht nun eine ideale Testumgebung für Leistungsmessungen von verteilten Anwendungen und Netzprotokollen in Abhängigkeit von Netzeigenschaften zur Verfügung.Item Open Access Laws for rewriting queries containing division operators(2005) Rantzau, Ralf; Mangold, ChristophRelational division, also known as small divide, is a derived operator of the relational algebra that realizes a many-to-one set containment test, where a set is represented as a group of tuples: Small divide discovers which sets in a dividend relation contain all elements of the set stored in a divisor relation. The great divide operator extends small divide by realizing many-to-many set containment tests. It is also similar to the set containment join operator for schemas that are not in first normal form. Neither small nor great divide has been implemented in commercial relational database systems although the operators solve important problems and many efficient algorithms for them exist. We present algebraic laws that allow rewriting expressions containing small or great divide, illustrate their importance for query optimization, and discuss the use of great divide for frequent itemset discovery, an important data mining primitive. A recent theoretic result shows that small divide must be implemented by special purpose algorithms and not be simulated by pure relational algebra expressions to achieve efficiency. Consequently, an efficient implementation requires that the optimizer treats small divide as a first-class operator and possesses powerful algebraic laws for query rewriting.Item Open Access 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.Item Open Access Entwicklung eines Cache- und SSE2-optimierten Lattice-Boltzmann-Strömungssimulationsprogramms(2005) Kible, RalfAktuelle Consumer-Prozessoren haben wegen ihres guten Preis-/Leistungsverhältnisses den Weg in moderne Hochleistungsrechner gefunden. Es liegt also nahe, sich im Bereich der Computersimulation mit den Besonderheiten dieser Prozessoren auseinanderzusetzen. Eine dieser Besonderheiten sind die SSE-Befehlssatzerweiterungen, die seit SSE2 Fließkommaberechnungen doppelter Genauigkeit unterstützen. Die Einsatzgebiete von SSE sind vielfältig. Beispielsweise bietet SSE Befehle, um arithmetische Operationen auf mehreren Datenworten gleichzeitig durchzuführen, und unterschiedliche Lade- und Speicherbefehle, um das Caching-Verhalten zu beeinflussen. Im Rahmen der Arbeit wurde zunächst ein Lattice-Boltzmann-Simulationsprogramm entwickelt und mit gängigen Methoden wie z.B. Loop-Blocking das Caching-Verhalten optimiert. Darauf aufbauend wurden unterschiedliche Möglichkeiten zum Einsatz von SSE gesucht und getestet.