05 Fakultät Informatik, Elektrotechnik und Informationstechnik
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Item Open Access Integration of IoT devices via a blockchain-based decentralized application(2017) Ahmad, AfzaalBlockchains are shared, immutable ledgers for recording the history of transactions. They foster a new generation of transactional applications that establish trust, accountability, and transparency. It enables contract partners to secure a deal without involving a trusted third party. Initially, the focus was on financial industry for digital assets trading like Bitcoin, but with the emergence of Smart Contracts, blockchain becomes a complete programmable platform. Many research and commercial organization start diving into blockchain world, bringing new ideas of its application in different sectors like supply chain, Health, and autonomous shopping. This thesis presents an idea to integrate Internet of Things (IoT) devices via a blockchain based decentralize application based on Ethereum. The application consists of front-end application which can be deployed to any web server, and a smart contract which will be deployed on a private blockchain network comprises of Peer-to-Peer (P2P) connected IoT devices acting as full Ethereum node. The application emulates the digital transport ticketing system where the asset is a ticket which can be purchased and paid by the user using ether in their Ethereum account on the blockchain. Once the purchase transaction is mined, it is propagated to all the peers. Ticket can now be accessed locally without requesting any centralized system, which makes the system easily accessible and safe because of the security, data integrity and decentralization of the blockchain-based systems.Item Open Access REST compliant clients for REST APIs(2014) Jaber, MustafaIn today's distributed systems, REST services play a centric role in defining applications' architecture. Current technologies and literature focus on building server-side REST applications. But they fail to build generic and REST compliant client solutions. Therefore, most offered services and especially client applications rarely comply to the constraints that constitute the REST architecture. In this thesis, the architecture of a new generic framework for building REST compliant client applications is introduced. In addition, a new description language that conforms to REST's constraints and helps reduce development time is presented. We describe in this work the building-blocks of the proposed solutions and show a software implementation of a library that leverages the solutions' architectures. Using the proposed framework and description language, client applications that conform to the full set of REST's constraints can be built in an easy and optimized way. In addition, REST service providers can rely on the proposed description language to eliminate the complexity of repetitively building customized solutions for different technologies or platforms.Item Open Access Modellierung und Ausführung einer gekoppelten Festkörpersimulation mit Workflow-Choreographien(2014) Hintermayer, KerstinIm wissenschaftlichen Umfeld wird vermehrt die Workflow-Technologie eingesetzt, um Simulationen oder Berechnungen computergesteuert auszuführen. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Modellierung einer gekoppelten Festkörpersimulation als Workflow-Choreographie nach dem Top-Down-Ansatz. Auftauchende Herausforderungen werden identifiziert und mögliche Lösungsansätze beschrieben. Aufbauend auf dem Modellierungsergebnis werden die für die Ausführung der gekoppelten Festkörpersimulation benötigten Prozesse implementiert und vorgestellt. Die fertige Modellierung wird im Vergleich mit den Anforderungen beurteilt. Die Modellierung kann als Basis für zukünftige Arbeiten dienen und bietet Ansätze für aufbauende Untersuchungen. Dadurch wird eine Verfeinerung für zukünftige Workflowmodellierungen auf Basis einer Choreographie ermöglicht.Item Open Access Crawling hardware for OpenTOSCA(2017) Choudhury, PushpamHeterogeneity is the essence of the IoT paradigm. There is heterogeneity in communication and transport protocols, in network infrastructure, and even among the interacting devices themselves. Managing discovery of the different devices in such a paradigm is an extremely complex task. The typical solutions include an abstraction layer, commonly known as the middleware layer, that handles this complexity for the devices, thereby, allowing them to interact with one another. One major limitation of the existing middleware solutions is in their ability to allow for an easily configurable approach required to handle the tremendous scale of heterogeneous components in the IoT. The objective of this thesis is to develop such a highly configurable discovery middleware approach. The proposed approach aims to discover a variety of heterogeneous devices and services depending on a multi-level plugin layer, consisting of independent plugins that interact with each other based on the pipes and filters architectural pattern. To allow for the dynamic configuration of the middleware, a discovery configuration is developed. The output from the middleware includes a list of devices and their capabilities and is accessible via a web interface which can interact with a range of different clients. The proposed approach is validated on a scenario in a real-life environment.Item Open Access API diversity for microservices in the domain of connected vehicles(2018) Gajek, FabianWeb services in the domain of connected vehicles are subject to various requirements including high availability and large workloads. Microservices are an architectural style which can fulfill those requirements by fostering the independence and decoupling of software components as reusable services. To achieve this independence, microservices have to implement all aspects of providing the services themselves, including different API technologies for heterogeneous consumers and supporting features like authentication. In this work, we examine the use of a service proxy that externalizes these concerns into a sidecar that provides multiple APIs and common service functionality in a platform-independent manner. We look at how different kinds of API styles and technologies solve selected classes of problems and how we can translate between API technologies. We design and implement a framework for building gateways that enables the creation and composition of reusable components, in the fashion of Lego bricks, to maximize flexibility, while reducing the effort for building gateway components. We design and implement selected components of common and reusable API functionality enabling us to build a reference setup with a service proxy as a sidecar using our framework. Finally, we evaluate the proposed solution to identify benefits and drawbacks of the approach of using our framework as a service proxy. We conclude that the examined approach provides benefits for the development of many polyglot microservices, but splitting one service into two components adds additional complexity that has to be managed.Item Open Access Die Rolle von Verschränkung im Quantencomputing : Speedup und Konsensusprotokolle(2019) Salm, Marie OliviaIn Zukunft werden Quantencomputer Probleme womöglich effizienter lösen als klassische Computer. Dies wäre eine bahnbrechende Errungenschaft und erweckt daher große Hoffnungen bei Forschung und Wirtschaft. Noch befindet sich das Gebiet der Quanteninformatik und des Quantencomputings vor allem in der Grundlagenforschung, und die Entwicklung eines leistungsfähigen Quantencomputers liegt noch in weiter Ferne. Dennoch werden bereits heute Quantenalgorithmen entwickelt, die eine Überlegenheit gegenüber klassischen Algorithmen aufzeigen könnten. So könnten verteilte Systeme von den quantenmechanischen Eigenschaften unter anderem durch Kommunikationsersparnisse profitieren. In dieser Arbeit wurde untersucht, ob das Phänomen der Verschränkung für den möglichen Speedup gegenüber klassischen Computer verantwortlich ist. Dazu wurden Annahmen wissenschaftlicher Arbeiten zusammengefasst. Des Weiteren wurde das Konsensusprotokoll Paxos mit quantenmechanischen Konzepten erweitert. Für eine der Erweiterungen wurde der verschränkte W-Zustand für die Wahl eines Proposers eingesetzt. In der zweiten Erweiterung wurde für die Bestimmung einer Rundennummer Superposition verwendet. Zudem wurde das 2-Phasen-Commit-Protokoll in unterschiedlichen Varianten mit dem GHZ-Zustand erweitert. Auch für das 3-Phasen-Commit-Protokoll wurde der W-Zustand für die Wahl eines Koordinators verwendet. Die Ergebnisse zeigen unter anderem, dass eine Reduzierung des Kommunikationsaufwands bei Paxos und dem 3-Phasen-Commit-Protkoll möglich ist. Es zeigt sich auch, dass eine Deblockierung des erweiterten 2-Phasen-Commit-Protokolls in der behandelten Weise nicht möglich ist.Item Open Access Concept and implementation of digital beacons(2015) Chughtai, Muhammad BilalItem Open Access Quantum-enhanced machine learning in the NISQ era(2019) Radic, MarcoQuantum computation technologies have reached a new level of sophistication with the release of the first commercial offerings. Likewise, Machine Learning is popular for use-cases in both industry and research. With Quantum Machine Learning, one hopes to combine both areas in a symbiotic relationship to achieve an advantage in artificial intelligence with the use of quantum technologies. Recently presented approaches make use of quantum technologies in combination with classical hardware resources in order to mitigate the problems imposed by shortcomings of quantum computers of the current generation. Some of these approaches use quantum circuits with free parameters, which are optimized to solve problems and objectives in Machine Learning. This work presents a concept for automated modelling of these quantum circuits, with the goal of constructing suitable circuits for the task of classification. The concept is implemented in a prototype and validated in experiments.Item Open Access Automatisierte Archivierung und Wiederinbetriebnahme cloud-basierter Anwendungen(2019) Matheis, GerdMit der Einführung von Cloud-Infrastrukturen, auf denen Anwendungen entwickelt und bereitgestellt werden können, hat sich die Entwicklung von Software maßgeblich verändert: Während vor einigen Jahren noch der Entwickler oder gar der Kunde selbst die benötigte Infrastruktur für die jeweilige Software bereitstellen musste, werden heute viele web-basierte Anwendungen direkt für die Cloud entwickelt. Dies bringt den Vorteil, dass sich weder der Kunde noch der Softwarehersteller um die Wartung der Infrastruktur kümmern müssen. Darüber hinaus lassen sich Updates viel einfacher verteilen. Diese Vorteile führen dazu, dass immer mehr und immer größere Anwendungen direkt für die Cloud entwickelt und dort betrieben werden. Dabei bestehen die Anwendungen meistens aus einem vielschichtigen und komplexen Netz so genannter Microservices. Dadurch wird es immer schwieriger, die kleinen Bestandteile einer großen Anwendung aufeinander abzustimmen. Um dieses Problem zu lösen, wurden Software-Systeme, wie beispielsweise OpenTOSCA, entwickelt, welche das Einrichten und Verwalten von Cloud-Systemen vereinfachen oder ganz automatisieren sollen. Cloud-basierte Software wird von den Cloud-Betreibern nach Verbrauch abgerechnet. Das bedeutet, dass der Betreiber der Software nur für die Ressourcen zahlt, welche er auch in Anspruch nimmt. Wird aber eine Cloud-Anwendung nur zeitweise benötigt, fallen auch außerhalb der Nutzungszeiten Kosten an, wenn die Anwendung weiterhin in der Cloud bereit steht. Werden die Komponenten jedoch abgeschaltet, kann es bei zustand-behafteten Komponenten zu Datenverlust kommen, wodurch nur zwei Optionen bleiben: Die entsprechenden Komponenten werden weiterhin betrieben und verursachen weiterhin Kosten oder es muss ein Abschaltmechanismus in die Cloud-Anwendung einprogrammiert werden, welcher den Zustand der Komponenten konserviert und beim nächsten Start der Anwendung wieder lädt. Es ist daher wünschenswert, dass Systeme wie OpenTOSCA in der Lage sind, laufende Cloud-Anwendungen zu archivieren und zu einem späteren Zeitpunkt in exakt diesem Zustand wieder auszuführen. Ziel dieser Arbeit ist es, einen Prototypen für ein solches System zu entwickeln und den Ansatz anhand eines Minimal-Beispiels zu testen. Hierbei wird ein besonderer Fokus auf zustand-behaftete Komponenten wie Message-Queues gelegt, da genau diese sich bisher als problematisch darstellen. Weiterhin sollte die Archivierung durch ein transaktionales Verfahren abgesichert werden, sodass nur ein erfolgreiches Archivieren der Anwendung zur tatsächlichen Löschung aus der Cloud führt. Die entsprechenden Hindernisse und Ergebnisse werden in diesem Dokument festgehalten.Item Open Access Extending an open source enterprise service bus for PostgreSQL statement transformation to enable cloud data access(2015) Ramaj, AlketaCloud computing has enabled a new era in the IT industry and many organizations are interested in moving their business operations to the Cloud. This can be realized by designing new applications that follow the prerequisites of the Cloud provider or just by migrating the existing applications to the Cloud. Each application follows a multi-layered architecture defined by its design approach. Application data is of utmost importance and it is managed by the data layer, which is further divided into two sublayers, the Data Access Layer (DAL) and the Database Layer (DBL). The former abstracts the data access functionality and the latter ensures data persistence and data manipulation. Application migration to the Cloud can be achieved by migrating all layers it consists of or only part of them. In many situations it is chosen to move only the DBL to the Cloud and keep the other layers on-premise. Most preferably, the migration of the DBL should be transparent to the upper layers of the application, so that the effort and the cost of the migration, especially concerning application refactoring, becomes minimal. In this thesis, an open source Enterprise Service Bus (ESB), able to provide multi-tenant and transparent data access to the Cloud, is extended with PostgreSQL transformation functionality. Previously the ESB could only support MySQL source databases. After the integration of two new components, a PostgreSQL proxy and a PostgreSQL transformer, we provide support for PostgreSQL source databases and dialects. Furthermore, we validate and evaluate our approach based on the TPC-H benchmark, in order to ensure results based on realistic SQL statements and appropriate example data. We show linear time complexity, O(n) of the developed PostgreSQL transformer.