05 Fakultät Informatik, Elektrotechnik und Informationstechnik
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Item Open Access 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.Item Open Access Spatial aware geographic Forwarding for mobile ad hoc networks(2002) Tian, Jing; Stepanov, Illya; Rothermel, KurtStateless greedy forwarding based on physical positions of nodes is considered to be more scalable than conventional topology-based routing. However, the stateless nature of geographic forwarding also prevents it from predicting holes in node distribution. Thus, frequent topology holes can significantly degrade the performance of geographic forwarding. So far the approaches mostly depend on excessive state maintenance at nodes to avoid forwarding failures at topology holes. In this paper, we propose and analyse spatial aware geographic forwarding (SAGF), a new approach that proactively avoids constant topology holes caused by spatial constraints while still preserving the advantage of stateless forwarding. Geographic source routes (GSR) based on intermediate locations are selected to bypass topology holes. Proactive route selection based on the spatial knowledge is a general approach, and thus can be used with any geographic forwarding algorithms. We evaluate our approach by extending greedy forwarding with spatial knowledge. Simulation results comparing with GPSR show that even simple spatial information can effectively improve the performance of geographic forwarding.Item Open Access Skalierbare und zuverlässige Gruppenkommunikation im Internet(2002) Maihöfer, Christian; Rothermel, Kurt (Prof. Dr. rer. nat. Dr. h.c.)Multicast erlaubt die bandbreitenschonende Auslieferung einer Nachricht an eine Gruppe von Empfängern. Anwendungen wie Informations- und Softwareverteilung an große Empfängergruppen, Audio- und Videokonferenzen, verteiltes Rechnen und verteilte Spiele lassen sich mit einem Multicast-Dienst effizient realisieren. Eine Reihe von Anwendungen erfordert dabei eine zuverlässige Nachrichtenauslieferung, die über den im Internet verfügbaren unzuverlässigen IP-Multicast-Dienst hinausgeht. Aufbauend auf IP-Multicast wird eine zuverlässige Nachrichtenauslieferung mittels Empfangsbestätigungen und Übertragungswiederholungen durch nicht-hierarchische oder hierarchische Transportprotokolle erreicht. Wie sich im Verlauf der Arbeit zeigen wird, erlauben lediglich hierarchische Transportprotokolle die skalierbare Realisierung eines zuverlässigen Multicast-Diensts zur Gruppenkommunikation. Diese ordnen alle Gruppenmitglieder in eine Hierarchie ein, die Kontrollbaum genannt wird. Durch den Kontrollbaum können notwendige Übertragungswiederholungen lokal begrenzt werden und müssen nicht mehr notwendigerweise vom ursprünglichen Sender durchgeführt werden. Die Verteilung dieser Last auf andere Gruppenmitglieder ermöglicht einen mit der Mitgliederzahl skalierbaren Dienst. Die Voraussetzung für den praktischen Einsatz ist ein skalierbares Verfahren zum Aufbau der Kontrollbäume. Mit dem Token-Repository-Service (TRS) wird in dieser Arbeit ein effizientes Verfahren zum Aufbau der Kontrollbäume vorgestellt. Drei Realisierungsvarianten des TRS-Diensts, TRS-R, TRS-K und TRS-M, erlauben unterschiedlichste Anforderungen zu berücksichtigen. Das wesentliche Entwurfskriterium aller Varianten ist eine skalierbare und effiziente Realisierung. Vergleichende Berechnungen und Simulationen mit alternativen Ansätzen unterstreichen nicht nur die Tragfähigkeit des TRS-Diensts. Dieser stellt momentan die einzige skalierbare Lösung zum Aufbau von Kontrollbäumen dar. Aufgrund der Unabhängigkeit des TRS-Diensts von einem Multicast-Routing-Protokoll ist es zudem die einzige Lösung, die durchgängig im gesamten Internet eingesetzt werden kann. Zur Erleichterung der Auswahl eines geeigneten zuverlässigen Multicast-Transportprotokolls und zur optimalen Konfiguration eines ausgewählten Transportprotokolls mit dem TRS-Dienst wird eine ausführliche probabilistische Analyse durchgeführt. Ausgangspunkt der Analyse ist nicht die Untersuchung konkreter Protokolle, sondern die Identifizierung wichtiger generischer Protokollklassen und deren anschließende Beurteilung. Dabei ergeben sich bedeutende Unterschiede bezogen auf den Bandbreitenbedarf, den Durchsatz und die Nachrichtenverzögerungen. Die Evaluation zeigt vielfache Vorteile für hierarchische Verfahren. Diese bieten nicht nur Skalierbarkeit, auch bezüglich des verursachten Nachrichtenaufwands, des Durchsatzes und der erzielbaren Nachrichtenverzögerung sind sie durch eine Verteilung der Last und kürzere Kommunikationswege gegenüber nicht-hierarchischen Protokollen im Vorteil. Als ein wesentlicher Parameter zur Konfiguration hierarchischer Transportprotokolle wird der Verzweigungsgrad des Kontrollbaums identifiziert werden. Im Gegensatz zu bisherigen Verfahren ermöglicht es der TRS-Dienst den Verzweigungsgrad flexibel zu konfigurieren. Die Analysen und Simulationen zeigen, dass bei einer geeigneten Wahl des Verzweigungsgrads der Durchsatz und die Verzögerung des zuverlässigen Transportprotokolls beträchtlich verbessert werden kann. Zusammenfassend erlaubt es der vorgestellte Token-Repository-Service durch seinen skalierbaren Kontrollbaumaufbau erstmals, zuverlässige Multicast-Kommunikation auch für große Gruppen zu etablieren. Durch die flexible Wahl des Verzweigungsgrads der entstehenden Kontrollbäume ist zudem eine beträchtliche Leistungsoptimierung des zuverlässigen Transportprotokolls sowie eine entscheidende Verringerung der Netzbelastung mit dem TRS-Dienst möglich.Item Open Access Simulierte Welten – die Zukunft im Rechner(2002) Bungartz, Hans-Joachim; Herrmann, Hans-Jürgen; Wohlmuth, Barbara IrmgardWie kommen die „Kachelmänner“ dieser Welt eigentlich zu ihren detaillierten Vorhersagen? Und warum liegen sie manchmal trotzdem so daneben? Was veranlasst Automobilhersteller, das Ende der Ära des Prototypen anzukündigen? Liegt die wiedergekehrte Ruhe im Mururoa-Atoll wirklich darin begründet, dass man im fernen Paris zur Einsicht gelangt ist? Und wer gibt der Voyager-Sonde ihren merkwürdig anmutenden Weg vor, der sie – obwohl schnurstracks unterwegs in Regionen, die nie ein Mensch zuvor gesehen hat – doch wieder an die Erde heranführt? Das Zauberwort heißt numerische Simulation. Auf leistungsfähigen Großrechnern – seien es klassische Supercomputer oder Cluster aus vernetzten PCs – nachgestellte oder vorausberechnete Phänomene und Prozesse aus Natur-, Ingenieur- oder Wirtschaftswissenschaften spielen in Forschung und Entwicklung eine immer wichtigere Rolle. Dies gilt für die eingangs genannten Beispiele ebenso wie für zahlreiche Anwendungen in der Astrophysik, Halbleiter- und Biotechnologie oder in der Systemdynamik sowie – ganz konkret und für alle T-Geplagten relevant – für Aktienkursprognosen.Item Open Access A dynamic network scenario emulation tool(2002) Herrscher, Daniel; Rothermel, KurtComparative performance measurements of distributed applications and network protocols require the availability of appropriate network environments. Network emulation approaches offer a flexible way to mimic the properties of a variety of networks. Existing emulation tools work either with centralized real-time simulation components, limiting the scenario size and maximum traffic, or focus on the emulation of some network properties at a single point. We propose a tool for the realistic emulation of network links, and show how several emulated links can be combined to reproduce a comprehensive network model. In addition to that, the model can include changing network properties, e.g. emerging from mobile communication partners. This facilitates the distributed emulation of a comprehensive, dynamic network scenario to support repeatable performance measurements.Item Open Access Consistent update diffusion in mobile ad hoc networks(2002) Rothermel, Kurt; Becker, Christian; Hähner, JörgApplications of mobile ad hoc networks (MANETs) occur in situations, where networks need to be deployed immediately but network infrastructures are not available. If MANET nodes have sensing capabilities, they can capture and communicate state of their surroundings, including environmental conditions or other nodes in proximity. If the sensed state information is propagated and collected in a database, this allows for a variety of promising automatic monitoring, tracking and navigation applications, using global state information to built up models of reality. Since state changes represent events happening in reality, applications are typically interested to see the most recent state. Also the order of state changes should be consistent with the corresponding order of events in reality. In particular, preserving consistency becomes a challenging research problem if there are multiple nodes sensing the same object, either subsequently or even concurrently. In this paper, we introduce a generic model of state propagation in MANETs and propose two consistency levels for this model. For each of these consistency levels, we define a state propagation algorithm based on information diffusion. Our simulations show, that for typical scenarios the additional synchronization overhead for achieving the proposed consistency levels is low. In terms of communication overhead and state propagation latency one of the proposed algorithms shows a similar performance as the underlying flooding mechanism.Item Open Access Vorabübertragung ortsbezogener Informationen zur Unterstützung mobiler Systeme(2002) Kubach, Uwe; Rothermel, Kurt (Prof. Dr. rer. nat. Dr. h. c.)Mit der zunehmenden Verbreitung mobiler Endgeräte wächst auch der Bedarf in mobilen Umgebungen auf entfernt gespeicherte Informationen zuzugreifen. Wie aktuelle Studien belegen, kommt dabei zukünftig ortsbezogenen Diensten (Location-Based Services, LBS) eine besondere Bedeutung zu. Diese Dienste ermöglichen es dem Benutzer, abhängig von seinem gegenwärtigen Aufenthaltsort, auf lokale Informationen, beispielsweise Informationen zu Restaurants, Kinoprogramme oder Staumeldungen, zuzugreifen. Mobile Informationszugriffe erfolgen meist über drahtlose Netzwerke, in denen häufig Probleme wie geringe Bandbreite, große Verzögerungen oder Verbindungsausfälle auftreten. In dieser Arbeit wird ein Verfahren vorgeschlagen, das diese Probleme weitgehend löst, indem es vorhersagt, welche Informationen ein Benutzer voraussichtlich benötigten wird und sie im Voraus auf sein mobiles Endgerät überträgt. Greift der Benutzer dann tatsächlich auf die vorab übertragenen Informationsobjekte zu, sind sie bereits lokal auf dem mobilen Endgerät vorhanden und stehen somit unmittelbar zur Verfügung. Für eine möglichst präzise Vorhersage der benötigten Informationen nutzt das beschriebene Verfahren Beziehungen zwischen Informationen und Orten, wie sie in mobilen Informationssystemen, insbesondere in ortsbezogenen Systemen, häufig zu finden sind, aus. Sie erlauben es, aus Kenntnissen über den aktuellen und zukünftigen Aufenthaltsort eines Benutzers Rückschlüsse auf die benötigten Informationen zu ziehen. Die Kenntnisse über den Aufenthaltsort erhält das Verfahren durch eigene Beobachtung oder wahlweise aus externen Informationsquellen. Ferner werden die Beziehungen zwischen Informationen und Orten selbständig erkannt. Das Verfahren reagiert sogar dynamisch auf Veränderungen in diesen Beziehungen.