05 Fakultät Informatik, Elektrotechnik und Informationstechnik

Permanent URI for this collectionhttps://elib.uni-stuttgart.de/handle/11682/6

Browse

Institute: search.filters.UBSInstitut.Institut für Parallele und Verteilte SystemeStart date: 2023End date: 2023Publication Type: search.filters.UBSTyp.Abschlussarbeit (Master)

Search Results

Now showing 1 - 10 of 22
  • Thumbnail Image
    ItemOpen Access
    Development of an Euler-Lagrangian framework for point-particle tracking to enable efficient multiscale simulations of complex flows
    (2023) Kschidock, Helena
    In this work, we implement, test, and validate an Euler-Lagrangian point-particle tracking framework for the commercial aerodynamics and aeroacoustics simulation tool ultraFluidX, which is based on the Lattice Boltzmann Method and optimized for GPUs. Our framework successfully simulates one-way and two-way coupled particle-laden flows based on drag forces and gravitation. Trilinear interpolation is used for determining the fluid's macroscopic properties at the particle position. Object and domain boundary conditions are implemented using a planar surface approximation. The whole particle framework is run within three dedicated GPU kernels, and data is only copied back to the CPU upon output. We show validation for the velocity interpolation, gravitational acceleration, back-coupling forces and boundary conditions, and test runtimes and memory requirements. We also propose the next steps required to make the particle framework ready for use in engineering applications.
  • Thumbnail Image
    ItemOpen Access
    Anonymisierung von Daten : von der Literatur zum Automobilbereich
    (2023) Herkommer, Jan
    Die Datenanonymisierung im Automobilbereich gewinnt immer mehr an Bedeutung. Jedoch gibt es kaum Literatur und Ansätze, die sich mit der Anonymisierung von Automobildaten beschäftigen. In dieser Arbeit werden deshalb mit Hilfe einer strukturierten Literaturrecherche die aktuell verbreitetsten Verfahren und Anwendungsbereiche erörtert und die wichtigsten Erkenntnisse der Recherche zusammengefasst. So werden bei den analysierten Paper der Anwendungsbereich, die Methodik sowie der zu anonymisierende Datentyp ermittelt. DesWeiteren werden die Metriken zum Vergleich von unterschiedlichen Ansätzen betrachtet. Mit Hilfe dieser Erkenntnisse wird im Anschluss auf die Anonymisierung von Fahrzeugdaten anhand verschiedener Anwendungsfälle eingegangen und Herausforderungen und Lösungsansätze skizziert. Zuletzt wird beispielhaft ein Ansatz zur Anonymisierung von Routen implementiert, um mit Hilfe eines GPS-Sensors aufgezeichnete Fahrzeugrouten zu anonymisieren. Dabei werden zusätzliche Probleme wie der Umgang mit Messungenauigkeiten und Messfehlern sowie die tatsächlichen Auswirkungen von reduzierter Datennutzbarkeit verdeutlicht.
  • Thumbnail Image
    ItemOpen Access
    Algorithms for calculating robust schedules for time sensitive networking (TSN)
    (2023) Nieß, Adriaan
    With the 802.1Qbv standard, the time-sensitive networking (TSN) task group has specified a TDMA-based scheduling method based on Ethernet, that allows to ensure real-time guarantees for time-critical data streams. A major challenge here is the computation of the cyclic schedules required for the switch configurations in the network. There exist already a number of different approaches to calculate these schedules. However, most of them focus on supporting a high number of streams and optimize target functions such as the Makespan. This leads to schedules that are particularly fragile against errors in the system model. To close this gap, we have developed a scheduler based on simple temporal networks (STNs) that maximizes the intervals allocated for the transmission of data packets in order to ensure a very high degree of robustness against unforeseen delay or cross-traffic. In a simulation it could be shown that the calculated schedules could still guarantee a loss-free data transmission under compliance with all deadlines if the actual per-hop network delay deviated from the assumed delay by a factor of up to 7. Furthermore, an even larger error did not immediately lead to a breakdown, but to a gradual degradation. This makes the scheduling method presented here as well as the underlying algorithms particularly interesting for applications that come with a high degree of uncertainty in the system model, such as wireless communications or heterogeneous networks.
  • Thumbnail Image
    ItemOpen Access
    Application integration and team collaboration for process optimization in intralogistics
    (2023) Bektas, Sabri
    This work focuses on the potential benefits of integrating software applications and promoting team collaboration to enhance intralogistic processes at Robert Bosch GmbH in Feuerbach. The current study is a synthesis of a comprehensive review of pertinent literature and the practical application of an architectural framework. This research addresses the gap in literature, which lacks comprehensive guidelines for choosing software architecture approaches aligned with non-functional requirements. The objectives are to determine the necessary functionalities for an integrated solution, evaluate existing solutions and technical models, design a target architecture and provide practical guidelines for implementation. The key research question revolves around how already existing solutions can be integrated to enhance intralogistics processes. To achieve these objectives, a comprehensive literature review is conducted to identify suitable software architecture approaches. The study evaluates various methodologies, considering non-functional requirements, culminating in an architecture ranking matrix. Additionally, interviews with project teams and analysis of user stories guide architectural decisions. The research emphasizes the microservices architecture as the selected approach for seamless integration. The message of this research is that the microservices architecture offers a scalable, modular, and efficient solution for optimizing intralogistic processes. By integrating existing software solutions and fostering effective teamwork, organizations can achieve enhanced sustainability and customer experience. This research contributes valuable insights and practical recommendations for leveraging existing solutions to develop comprehensive and efficient intralogistics application systems. The proposed architecture serves as a template and guideline for the Virtual Development Team at Robert Bosch GmbH, facilitating the realization of an optimized and sustainable target system for intralogistics. The research emphasizes the microservices architecture as the selected approach for seamless integration.
  • Thumbnail Image
    ItemOpen Access
    Entwurf und Implementierung eines Stream-basierten, dynamischen und fairen Scheduling-Verfahrens für WiFi-Netzwerkverkehr
    (2023) Herrmann, Jona
    Heutzutage sind Wireless Local Area Network (WLAN)-Netzwerke, basierend auf dem IEEE~802.11 Standard, für mobile Endgeräte besonders wichtig, da diese nur so Zugang zum Internet bekommen können. Dementsprechend gibt es solche Netzwerke fast überall wie beispielsweise in öffentlichen Verkehrsmitteln, in Hotels oder auch bei der Arbeit. Doch die Qualität und Geschwindigkeit einer Verbindung kann dabei stark variieren. Um dies zu verbessern, wird zuerst eine Analyse dieser Netzwerke vorgenommen, um die Stelle des Bottlenecks zu identifizieren. Dabei konnte gezeigt werden, dass der Bottleneck an zwei Stellen vorliegen könnte. Das wäre einmal der Uplink zum Internet und andererseits der entsprechende Downlink, wobei sich der Bottleneck am Downlink letztendlich beim Internet-Provider befindet. Mit einem neu entwickelten Stream-basierten, dynamischen und fairen Scheduling-Verfahren soll die Qualität und Geschwindigkeit im WLAN-Netzwerk verbessert werden. Dafür wird eine neue Art von Fairness definiert, sodass die Pakete von Endgeräten mit einem geringen Datenverbrauch eine höhere Priorität erhalten. Dadurch bekommen letztendlich Endgeräte, welche gutmütig sind, eine bessere Antwortzeit als diese, die eine große Datenmenge übertragen. Zum Schluss wird die Linux-Implementierung des Scheduling-Verfahrens noch unter verschiedenen Metriken evaluiert. Dabei konnte gezeigt werden, dass die gewünschte Art von Fairness damit realisiert werden kann. Dies wurde sowohl unter Laborbedingungen als auch mit realen Anwendungen des Internets erfolgreich evaluiert. Außerdem wurde durch Messungen gezeigt, dass es im Punkt Performanz keinen signifikanten Unterschied zu dem Standard Scheduling-Verfahren in Linux gibt.
  • Thumbnail Image
    ItemOpen Access
    Enhancing privacy in car data : anonymization techniques and metrics evaluation
    (2023) Singer, Patrick
    With the advancement of connected vehicles in the automotive domain, data collection and sharing between vehicles or between vehicles and manufacturers reaches considerable proportions. The excellent possibilities of utilizing this data for product improvement are restrained by the fact that vehicle data contains personal information about drivers. Privacy-preserving technologies have been subject to research in various fields, but not as much in the automotive domain. Consequently, metrics evaluating the privacy and data quality provided by these technologies also remain scarce in this field. In this work, we apply different anonymization approaches to real-world vehicle data. We assess the performance of the approaches using a selection of metrics from the literature. Additionally, two domain-specific demonstrators are designed and implemented to analyze the privacy and data utility the approaches provide. The results show that privacy protection for vehicle data poses new challenges. We motivate the introduction of domain-specific metrics to evaluate the privacy and data quality of anonymization approaches in a useful way.
  • Thumbnail Image
    ItemOpen Access
    Automated data validation in model-driven IoT applications
    (2023) Müller, Christian
    Building large IoT applications using a model-driven approach, has become an important methodology for building such applications. A tool intended to help with this process is the IoT Application Modelling tool developed at the University of Stuttgart. However, this tool is lacking validation capabilities. To implement validation in a (semi) automated manner, this work proposes an approach to assist the modeller with the task of selecting the best suited outlier detection method for a context model. based on existing or accumulated data. To achieve this a semi-automated wizard, integrated into the IoT Application Modelling Tool is proposed. Furthermore, concepts on how the resulting outlier detection can be deployed on the IoT infrastructure are discussed. The provided value and the usability of the tool are evaluated using a survey on a small set of researchers and IT professionals. The result of this survey have shown, that the proposed approach does partially automate and simplify the process of choosing an machine-learning based outlier detection method.
  • Thumbnail Image
    ItemOpen Access
    Live adaptation of privacy-enhancing technologies in connected vehicles' data pipelines
    (2023) Zhu, Xinxin
    Connected vehicles are able to acquire and share enormous amount of information with various onboard sensors and network communication. The information sharing can cause privacy concerns. The uniqueness of these concerns lies in the mobility of connected vehicles, which encounter different situations regularly. Different situations may have different requirements on the intensity of privacy protection. Thus, a situational policy for privacy protection should be applied. To enable a connected vehicle to carry out the situational policy correctly and effectively, we propose “Adaptive Privacy in Flow”, a framework that utilizes stream processing technology to adapt the privacy-enhancing technologies within a connected vehicle’s data pipeline through continuous evaluation of the environments. Our framework provides a solution of applying the situational privacy policy accordingly to the sensor data. It reacts to situational changes automatically, without restart or user intervention. Besides, it allows simultaneous and individual dynamic privacy protection for different third-party applications. Moreover, it is capable of handling the diversity of the data types in connected vehicles, from simple scalar value to complex data type like the images, ensuring a comprehensive privacy protection.
  • Thumbnail Image
    ItemOpen Access
    Entwicklung einer Methode zur datengetriebenen Vorhersage der Ausgaben einer Kaltmassivumformsimulation
    (2023) Niebling, Florian
    Im Bereich der Kaltmassivumformung werden physikalische Simulationen eingesetzt, um den Fertigungsprozess zu optimieren. Sie sind kostengünstiger als physische Experimente und ermöglichen es, die Eigenschaften des Produkts der Umformung anhand von Prozessparametern präzise zu bestimmen. Eine lange Laufzeit von bis zu mehreren Tagen schränkt den Nutzen von Simulationen für die Prozessoptimierung jedoch ein. An ihrer Stelle können datengetriebene Surrogatmodelle eingesetzt werden. Diese erlernen Zusammenhänge zwischen Eingangs- und Ausgangsgrößen der Simulation anhand simulierter Daten. Anschließend können sie zur schnellen Approximation der Ausgangsgrößen verwendet werden. Eine Methode zur Erzeugung solcher Modelle für die Vorhersage der Ausgaben einer Kaltmassivumformsimulation wird in dieser Arbeit entwickelt. Anhand einer Untersuchung verwandter Arbeiten und einer ausführlichen Datenanalyse wird eine Vorgehensweise erarbeitet, die datenspezifische Vorverarbeitung, Feature Engineering und eine Gaußprozess-Regression umfasst. Sie wird mithilfe von Testdaten evaluiert und erreicht eine hohe Vorhersagequalität für sechs von einem Fachexperten ausgewählte Ausgangsgrößen der Simulation. Im Rahmen einer Ablationsstudie werden der Einfluss einzelner Schritte der Vorgehensweise auf die Vorhersagequalität und die Laufzeit des Verfahrens untersucht. Es wird festgestellt, dass sich durch Überspringen des Feature Engineerings der zeitliche Aufwand der Vorgehensweise auf wenige Minuten reduzieren lässt. Dabei bleibt die Vorhersagequalität unverändert hoch. Mit diesen Anpassungen benötigen die Erzeugung eines Surrogatmodells und die Vorhersagen für über hundert Prozesskonfigurationen des Testdatensatzes weniger Zeit, als einen einzelnen Datenpunkt zu simulieren. Da die Vorhersagen komplexer Surrogatmodelle nur schwer nachzuvollziehen sind, werden mit verschiedenen XAI-Verfahren Erklärungen für das Verhalten der erzeugten Modelle produziert. Dabei werden Zusammenhänge zwischen Eingangsgrößen und Vorhersagen aufgedeckt, die zuvor im Rahmen einer Untersuchung der Werteverteilungen und Korrelationen zwischen Eingangs- und Ausgangsgrößen der Simulation nicht aufgefallen sind.
  • Thumbnail Image
    ItemOpen Access
    Simulation meets real-world : deep reinforcement learning on inverted pendulum system
    (2023) Bantel, Linus
    In this thesis, we investigate the differences between the idealized gymnasium cartpole environment and a real cartpole with the aim to train robust agents in the simulation, that perform well in realworld tasks. In this work, we not only consider the classical upright task, but also the so-called swingup. Models for friction and force are implemented and their effectiveness is evaluated on the real cartpole. The robustness of an agent with regards to changing parameters of the cartpole is also examined and possible solutions presented.