05 Fakultät Informatik, Elektrotechnik und Informationstechnik
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Item Open Access Analyse der Echtzeitfähigkeit und des Ressourcenverbrauchs von OpenGL ES 2.0(2011) Cont, ArminOpenGL ES 2.0 (Open Graphics Library for Embedded Systems 2.0) ist eine Schnittstelle zur Entwicklung von 2D- und 3D-Computergrafik-Anwendungen. Die Spezifikation von OpenGL ES 2.0 definiert eine Reihe von Befehlen, mit denen Daten zum und vom OpenGL ES-System übermittelt werden können, mit denen das Zeichnen von Grafiken angestoßen werden kann (Rendering) und Einstellungen für das Rendering durchgeführt werden können. Üblicherweise verwenden OpenGL ES-Systeme für das Rendering physische Grafikkarten (GPUs). Keines der heute verfügbaren OpenGL ES-Systeme mit physischer GPU unterstützt aber die Priorisierung von Anwendungen hinsichtlich der Ausführung von OpenGL ES-Befehlen oder Einschränkungen von Anwendungen hinsichtlich der Nutzung von GPU-Ressourcen. Insbesondere bietet OpenGL ES weder einen konfigurierbaren Scheduler noch die Möglichkeit, Echtzeitgarantien für die Ausführung von OpenGL ES-Befehlen zu erfüllen. Ziel dieser Arbeit ist es, zu untersuchen, inwieweit dennoch sichergestellt werden kann, dass Befehle sicherheitskritischer Anwendungen rechtzeitig ausgeführt werden können. Dazu werden relevante Befehle bestimmt, deren Laufzeitverhalten und Ressourcenverbrauch analysiert wird. Außerdem werden spezielle Szenarien untersucht, um festzustellen, inwiefern das Verhalten von OpenGL ES-Systemen die rechtzeitige Ausführung kritischer Befehle verhindern kann. Schließlich werden Untersuchungsmethoden und Metriken für die Prognose des Ressourcenverbrauchs von OpenGL ES-Befehlen und die Ermittlung der dafür notwendigen systemspezifischen Kennzahlen entwickelt. Die Untersuchung werden auf einigen realen OpenGL ES-Systeme durchgeführt. Dabei wird gezeigt, dass insbesondere das Speicherbelegungsverhalten und die Nutzung der Renderpipeline mit Problemen verbunden sind, die der Erfüllung von Echtzeitgarantien im Wege stehen und nicht auf der Ebene von OpenGL ES gelöst werden können.Item Open Access Konzeption und Realisierung eines Sicherheitskonzepts zur sicheren Datenstromverarbeitung in einer verteilten Ausfürhungsumgebung(2011) Dörler, OliverVorliegende Diplomarbeit entwickelt ein Sicherheitskonzept für NexusDS. Das Konzept definiert Sicherheitsmechanismen um den Zugriff und die Verarbeitung von sensiblen und geschützten Daten zu kontrollieren. Die Mechanismen beinhalten Funktionen um Daten zu Anonymisieren und zu Verschleiern. Die Entwicklung des Konzeptes beinhaltet die Abgrenzung von Sicherheit im Kontext von NexusDS, Erhebung von Anforderungen aus Anwendungsszenarien und NexusDS selbst, die Entwicklung entsprechend dienlicher Maßnahmen, deren Umsetzung in eine Sicherheitsarchitektur und eine prototypische Implementierung in NexusDS.Item Open Access Ausführung einer Modellreduktion für Simulationen auf Basis der Workflow-Technologie(2011) Remppis, SimonBei der Durchführung wissenschaftlicher Computersimulationen wird immer häufiger Workflowtechnologie eingesetzt, was die Begriffe Scientific Workflow und Simulationsworkflow geprägt hat. Vorteile der Workflow-Technologie sind u.a. die Automatisierbarkeit der Simulationsprozesse und die Wiederverwendbarkeit der genutzten Komponenten. Teilweise können erprobte Werkzeuge und Technologie aus dem Bereich der Business Workflows auch im wissenschaftlichen Bereich eingesetzt werden. Von besonderem Interesse ist hier die Workflowsprache BPEL, die in der Geschäfts-IT große Verbreitung gefunden hat. Da die Aktivitäten eines BPEL-Workflows in der Regel als Webservices implementiert werden, kann der Workflow auf Ressourcen zugreifen, die über große, heterogene Netzwerke verteilt sind. In dieser Studienarbeit wird untersucht, wie die Workflowtechnologie zur automatisierten Ausführung der Modellreduktion eines elastischen Mehrkörpersystems verwendet werden kann. Die Modellreduktion ist eine Vorstufe zur Simulation eines mathematischen Modells und dient dazu, die Zahl der Freiheitsgrade des Simulationsmodells zu reduzieren und dabei das Verhalten des Originalsystems möglichst gut zu approximieren. Durch die verminderte Modelldimension kann die Komplexität der nachgelagerten Simulation gesenkt und ihre Ausführungsgeschwindigkeit erhöht werden. Zuerst wird erörtert, welche Operationen zur Ausführung einer Modellreduktion notwendig sind. Aus diesen Schritten wird ein Prozessmodell zusammengesetzt und unter Verwendung von BPMN-Diagrammen dargestellt. Ausgehend von diesem Prozessmodell werden anschließend ausführbare BPEL-Workflows zur Durchführung der Modellreduktion entwickelt. Da wesentliche Workflowschritte unter Verwendung von Matlab ausgeführt werden, wird in dieser Arbeit auch untersucht, wie Matlab-Operationen als Webservice bereitgestellt und an einen BPEL-Workflow angebunden werden können.Item Open Access Konzeption und Implementierung eines skalierbaren Systems zur Verfolgung mobiler Objekte(2011) Biliniewicz, Daniel AlexanderHeutzutage besitzen viele mobile Geräte wie Smartphones eine immer größere werdende Anzahl verschiedener Sensoren. Die Nutzung dieser, insbesondere in städtischen Gebieten, in hoher Zahl vorhandenen Geräte als mobiles Sensornetzwerk, eröffnet zur Zeit einen neuen Forschungsbereich, der als public sensing bezeichnet wird. In dieser Arbeit betrachten wir hierbei die Nutzung eines solchen Systems zur Verfolgung mobiler Objekte. Dabei legen wir unseren Fokus auf die Effizienz, hinsichtlich der gesamt übertragenen Daten zwischen mobilen Geräten und der Infrastruktur, bei gleichzeitig hoher Effektivität bezüglich der gemeldeten Objektpositionen. Um dies zu realisieren entwickeln wir einen auf einem Gitter basierenden Ansatz, der unter Einbeziehung der Mobilität der Objekte Suchaufträge gezielt an die mobilen Geräte verteilt. Der entworfene Ansatz wird in Simulationen mittels des Netzwerksimulators ns2 hinsichtlich seiner Effizient und Effektivität für verschiedene Gittergrößen untersucht. Hierfür vergleichen wir ihn mittels realistischer Mobilitätsdaten mit einem maximal effektiven Basis-Ansatz. Es zeigt sich, dass der Gitter-Ansatz bei nahezu gleichbleibender Effektivität, im Vergleich zum Basis-Ansatz, die Menge der übertragenen Daten minimiert.Item Open Access Korrespondenzbasierte Distanzbestimmung von 3D Scanpunkten(2011) Gusinjac, AidaIn dieser Arbeit werden einen 3D Lasersysteme beobachtet und die Anwendung von Laserscanner vorgestellt. Außerdem werden die Algorithmen und die Verfahren beschrieben, die die Distanz zwischen korrespondierenden Objekten in einer 3D Umgebung bestimmen. Um diese Aufgabe zu lösen, soll man die Methoden von Model- und Weltkoordinatensystemen im 3D Umgebung anwenden. Außerdem wird eine geometrische Beziehung zwischen zwei Laserscanner Positionen beobachtet. Diese Beziehungen werden durch die Epipolargeometrie ausgeprägt. Mit ihrer Hilfe lässt sich die Abhängigkeit zwischen korrespondierenden Bildpunkten beschreiben, also den Punkten, die ein einzelner Objektpunkt in den beiden Bildern erzeugt. Die Korrespondenzanalyse Algorithmen bestimmen die Ähnlichkeit zwischen den Intensitätsvergleich der Pixel in dem entsprechenden Blocke des Bildes. Es gibt jedoch in der Regel eine große Anzahl von Pixel, die identische Werte in einem Bild haben. Um diese Problem zu vermeiden, muss man die Block-Matching Verfahren verwendet werden. Mit diesen Algorithmen kann man die Objekte, die außer Radiusumgebung des Laserscanner liegen, beobachten. Dieses System kann erweitert und optimiert werden. Möglichkeiten für die Erweiterungen des 3D Lasersystems sind: Entwicklung anderer Scan-Methoden, um komplexe Objekte detektieren und modellieren zu können, andere Verarbeitungsalgorithmen zur Analyse der 3D Punktwolke.Item Open Access Optimized acquisition of spatially distributed phenomena in public sensing systems(2011) Stachowiak, JaroslawNowadays, an increasing number of popular consumer electronics is shipped with a variety of sensors. The usage of these as a wireless sensing platform, where users are the key architectural component, and ubiquitous access to communication infrastructure has established a new application area called public sensing. We present an opportunistic public sensing system that allows for a flexible and efficient acquisition of sensor readings. This work considers the usage of smartphones as a sensor network in a model-driven sensor data acquisition. We focus on efficiency of query dissemination to mobile nodes, while retaining high effectiveness regarding defined sensing quality of collected data. We adopted and extended an existing geographic routing protocol to design an efficient com- munication system that executes model-driven data acquisition and is robust to changing sensors availability. We use in-network processing paradigm to efficiently distribute queries to mobile nodes and to collect results afterwards. The developed approach was simulated using OMNeT++ network simulator. To verify implemented algorithms and test the overall system performance, we run simulations in different scenarios and evaluate them using adequate cov- erage metrics. Moreover, we verify our intuitive extension to adopted routing protocol and show that it can have a strong impact on the efficiency of protocol in question.Item Open Access Selbstorganisierte Strukturbildung in verteilten Robotersystemen(2011) Weber, MartinRoboterschwärme und andere verteilte Systeme bieten in vielen Bereichen ein vielversprechendes Konzept. Insbesondere sind in der Robustheit, der aus vielen simplen Teilen bestehenden, aber komplex organisierten Strukturen große Vorteile zu finden. Ein Bereich dieses Arbeitsgebietes befasst sich damit, dass die verteilten Robotersysteme Aufgaben im Team lösen, zu denen ein einzelner Roboter nicht in der Lage wäre. Ein Beispiel wäre ein verteiltes Wartungs- und Reinigungssystem für Tankanlagen, deren Öffnungen für einzelne große Roboter zu klein sind. Hier könnten kleine verteilte Roboter einzeln vordringen und sich im Inneren entsprechend formieren. Bei der Bildung von Strukturen aus einzelnen Komponenten muss unter anderem auch immer die Verteilung der Aufgaben berücksichtigt werden. In dieser Arbeit soll hierzu auf gekoppelte Selektionsgleichungen zurückgegriffen werden. In dieser Arbeit werden zunächst die mathematischen Grundlagen des Konzepts dieser gekoppelten Selektionsgleichungen vorgestellt. Im wesentlichen Teil der Arbeit werden verschiedene Möglichkeiten aufgezeigt, wie mit Hilfe der Selektionsgleichungen zunächst einfache geometrische Strukturen gebildet werden können. Simulationen verdeutlichen die Funktionsweise und die Robustheit der gewählten Lösungswege.Item Open Access Reliability solutions for a smart digital factory using: (1) RFID based CEP; (2) Image processing based error detection; (3) RFID based HCI(2011) Badr, EidNew technologies have a great influence on the production process in modern factories. Introducing new techniques and methods is crucial to optimize and enhance the working of factories. However, ensuring a reliable and correct integration requires complete evaluation and assessment. In this thesis I utilize RFID systems and image processing to develop and implement real time solutions to enhance and optimize the production and assembly processes. Solutions include: RFID based CEP to detect production error, image processing based errors detection to detect post-assembly errors, and RFID based HCI to help workers in assembling products. Errors that are detected using RFID are: sequence errors, synchronization errors, pre-assembly order errors, part-product mismatch error, and missing parts errors. Errors that are detected using image processing are: incorrect part position errors and missing parts errors. RFID based HCI consists of a tool to help workers at assembly points to correctly assemble parts to their products using visual instruction. I have constructed prototypes for all the solutions. As well, I have deployed them in the Lernfabrik(learning factory) which is a real manufacturing environment for practising the production and assembly processes for trainees and students. Under the optimal settings of the RFID readers and tags, the system detects all types of errors reliably in real time. The image processing algorithm detects errors with 100% accuracy in real and normal lighting conditions of the Lernfabrik.Item Open Access Parallel hardware architecture for JPEG-LS based on domain decomposition using context sets(2011) Ahmed, SilviaThis thesis investigates the scope of parallelism of the lossless JPEG-LS encoder. The input is not taken to be the entire image anymore; instead it is streams of pixels from an image sensor in every clock cycle. So the data dependencies that already exist due to the context modelling process and the effect of incomplete image data were analyzed thoroughly here. Other approaches of parallelism in JPEG-LS (e.g. pipelined hardware or software implementations that modify the context update procedures) deviate from the standard defined by ISO/ITU. On the other hand, the proposed technique here is fully compatible to the standard. In this work, a unique pixel loading mechanism (i.e. in the form that the encoder expects them to be) was developed from the streams of pixel. Later in order to store the pixels of the same context that are yet to be processed, another unique buffering mechanism was developed. However the context distribution of individual pixel determines the maximum achievable parallelism and thus a fixed value is not guaranteed in any case. The thesis also presents a vhdl implementation of the proposed parallel JPEG-LS encoder. The target hardware for this design was an FPGA board (Virtex 5). The design was also compared with the sequential hardware implementation and other parallel implementation in terms of speed up mainly. However there were some obstacles that restricted the actual synthesis. Possible reasons behind them are discussed with further suggestions for future work.Item Open Access Implementierung von Algorithmen zur CAD-Modell Rekonstruktion von CT-Bilddaten(2011) Schuck, AlexanderSowohl bei der Durchführung elektromagnetischer Feldsimulationen an CAD-Modellen von passiven Baugruppen, als auch bei der Qualitätskontrolle bei der ein produziertes Bauteil mit einem vorgegebenen CAD-Referenzmodell verglichen werden soll, ist es notwendig, ein CAD-Modell so nah wie möglich den realen Gegebenheiten des Objektes anzunähern. Um bei beiden Anwendungsszenarien ein genaues Bild vom Inneren des Objektes, wie beispielsweise die genauen Positionen der Bauteile oder den exakten Verlauf von Leiterbahnen, zu bekom- men, ist die Computertomographie (CT) geeignet. Im Folgenden wird die Entwicklung eines Prototyps beschrieben, der die in der CT produzierten Daten in einem zweidimensionalen Schnittebenenmodell anzeigen kann und welcher aus diesem zweidimensionalen Schnitt- bild mit Hilfe von Kantenerkennungsverfahren und einer CAD-Entwicklungsumgebung ein dreidimensionales CAD-Modell erstellt. Dieses so erstellte CAD-Modell ist dann der Ausgangspunkt für weitere ekletromagnetische Feldsimulationen.