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 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 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 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 Systemanalyse und Workflowverwaltung eines Frameworks für Cache-effiziente adaptive Simulation(2011) Greis, Miriam; Hackländer, Jessica; Hirmer, PascalDieses Dokument stellt die Ausarbeitung der Fachstudie "Systemanalyse und Workflowverwaltung eines Frameworks für cache-effiziente adaptive Simulation" dar, welche von Mai bis Oktober 2011 stattfand. Die Abteilung "Simulation großer Systeme" des Instituts für Parallele und Verteilte Systeme forscht derzeit an der Entwicklung eines Frameworks für eine effiziente Berechnung von fluiden Strömungen durch poröse Medien. Dabei wurde der Ansatz der Gitterberechnung nach Sierpinski gewählt und das Framework soweit funktionsfähig implementiert. Dieses System enthält jedoch noch Schwachstellen die mit Hilfe dieser Fachstudie behoben werden sollten. Die Fachstudie ist in zwei Teile gegliedert. Der erste Teil umfasst die Analyse des gegebenen Frameworks mitsamt allen Hilfsmitteln, den eingesetzten Programmiersprachen und Werkzeugen. Des Weiteren sollte dabei der angewandte Simulationsprozess selbst mit den im gegebenen System verwendeten Konzepten und Methoden beschrieben werden, um die Problematik des Systems vollständig erfassen zu können. Hierbei sollte ein Nachbau des Systems in einer beliebigen Programmiersprache erfolgen. Der zweite Teil der Fachstudie umfasst Lösungsansätze für die Problematiken des Systems anhand selbst entworfener Prototypen. Mögliche Lösungsansätze sind Präprozessor-Anweisungen, ein Python-Skript und die Erstellung einer Workflow-GUI. Dabei soll das bestehende System nicht ersetzt, sondern dessen Bedienung erleichtert werden. Diese Lösungsansätze sollten untersucht, beschrieben und anschließend mit dem bestehenden System bzw. mit den anderen Lösungsansätzen verglichen werden. Das Ergebnis ist eine Empfehlung des bestmöglichen Lösungsansatzes. Dieses Dokument ist in 5 Kapitel gegliedert. Nach dem Einleitungskapitel befasst sich das darauffolgende zweite Kapitel mit der Analyse des gegebenen Systems. Hierbei werden die Methoden des Simulationsprozesses, die Einsatzgebiete und die eingesetzten Werkzeuge beschrieben. Am Ende dieses Kapitels wird die Problematik des bestehenden Systems geschildert und der Nachbau beschrieben. Das dritte Kapitel beschreibt die verschiedenen Ansätze zur Lösung der beschriebenen Problematik. Die drei Lösungsansätze sind Präprozessor-Anweisungen, ein Python-Skript zur Codegenerierung und eine Workflow-GUI. Anschließend werden diese Lösungsansätze bezüglich verschiedener Qualitäten wie Wartbarkeit, Einfachheit, Erlernbarkeit usw. verglichen. Aus diesen Informationen folgt im letzten Kapitel das Fazit, welches eine Empfehlung über die zu wählende Methode gibt.Item Open Access Effiziente vorhersage-basierte Verteilung von Kontext-Informationen in mobilen Systemen(2011) Fink, TobiasDie weite Verbreitung von sozialen Netzwerken und Smartphones in den letzten Jahren hat bisher zur Möglichkeit geführt von Smartphones mobil seinen Status upzudaten oder seinen Kontakten zu übermitteln, dass man sich an einem bestimmten Ort be?ndet. In einem nächsten Schritt könnte das Smartphone bestimmte Informationen über den Benut- zer über seine Sensoren automatisiert in bestimten Zeitintervallen ermitteln, die Sensordaten zu einem diskreten Kontext reduzieren, und diesen Kontext automatisch an die Smartphones der Kontakte in einem sozialen Netzwerk übermitteln. Da die Datenübertragungen und Rechenoperationen auch bei den heutigen Smartphones noch einen großen Anteil der Akkuleistung kosten, wird in dieser Arbeit untersucht, wie sich durch eine Ressourcen sparende Vorhersage die nächsten Kontexte und das Zeitintervall deren Eintreffens bestimmen lässt. Durch eine synchronisierte Vorhersage beim Veröffentli- cher und dem Empfänger der Informationen müssen nur im Falle von falschen Voraussagen Korrekturen vom Veröffentlicher zum Empfänger geschickt werden. Ziel ist es, mit möglichst wenig Korrekturnachrichten eine hohe Quote an richtig vorher- gesagten Kontexten zu erreichen. Zu diesem Zweck werden verschiedene Prädiktoren auf Markov- und Semi-Markov-Basis simuliert und auf ihre Leistungsfähigkeit geprüft.Item Open Access Extended Business Rules(2011) Liu, JianIn dieser Diplomarbeit wurden der Entwurf, die Implementierung und der Testen des extended Business Rule Managers betrachtet. Dazu wurde zunächst eine grafische Benutzeroberfläche zur Definition Business Regeln bereitgestellt. Dann kamen Web Services als Regel-Prüfer zum Einsatz. Diese Regel-Prüfer müssen nicht nur die erstellten Regeln prüfen, sondern auch sich mit einer Datenbank zur Findung der Werte der operativen Daten verbinden. Schließlich wurde die erstellten Web Services in einem Geschäftsprozess getestet. Darüber hinaus wurden alle benötigen Technologien auch vorgestellt.Item Open Access Optimized information discovery in structured peer-to-peer overlay networks(2011) Memon, Faraz; Rothermel, Kurt (Prof. Dr. rer. nat. Dr. h. c.)Peer-to-peer (P2P) overlay networks allow for efficient information discovery in large-scale distributed systems. Although point queries are well supported by current P2P systems - in particular systems based on distributed hash tables (DHTs) -, providing efficient support for more complex queries remains a challenge. Therefore, the goal of this research is to develop methodologies that enable efficient processing of complex queries, in particular processing of multi-attribute range queries, over DHTs. Generally, the support for multi-attribute range queries over DHTs has been provided either by creating an individual index for each data attribute or by creating a single index using the combination of all data attributes. In contrast to these approaches, we propose to create and modify indices using the attribute combinations that dynamically appear in multi-attribute range queries in the system. In order to limit the overhead induced by index maintenance, the total number of created indices has to be limited. Thus, one of the major problems is to create a limited number of indices such that the overall system performance is optimal for multi-attribute range queries. We propose several index recommendation algorithms that implement heuristic solutions to this NP-hard problem. Our evaluations show that these heuristics lead to a close-to-optimal system performance for multi-attribute range queries. The final outcome of this research is an adaptive DHT-based information discovery system that adapts its set of indices according to the dynamic load of multi-attribute range queries in the system. The index adaptation is carried out using a four-phase index adaptation process. Our evaluations show that the adaptive information discovery system continuously optimizes the overall system performance for multi-attribute range queries. Moreover, compared to a non-adaptive system, our system achieves several orders of a magnitude improved performance.Item Open Access Optimierung der physischen Operatoren einer nativen RDF-Datenbank für moderne Prozessoren(2011) Waizenegger, TimDie Leistungsfähigkeit handelsüblicher CPUs wächst seit langem schneller als die Geschwindigkeit des Speichers. Diese größer werdende Lücke macht die Optimierung von Speicherzugriffen zu einem immer wichtigeren Werkzeug bei der Optimierung von Datenbanksystemen. In dieser Studienarbeit wird daher eine alternative Implementierung der RDF-3X Datenbank-Engine vorgestellt, mit dem Ziel die Zugriffsmuster auf den Prozessor-Cache, und den Hauptspeicher zu verbessern, und dadurch Effizienzgewinne zu erzielen. Es wird der Aufbau von Datenbanksystemen erläutert, und eine Verbesserung der Operatoren der experimentellen Open-Source Datenbank RDF-3X vorgeschlagen. Anhand von Leistungsmessungen an der Implementierung wird der Erfolg der Verbesserungen beziffert, und es werden Hinweise für künftige Arbeiten auf dem Gebiet gegeben.