05 Fakultät Informatik, Elektrotechnik und Informationstechnik
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Item Open Access Modeling and timing analysis of micro-ROS application on an off-road vehicle control unit(2022) Bappanadu, Suraj RaoROS is known to be the most popular middleware for the development of software in modern day robots. It's next version, ROS 2 is highly modular and offers flexibility by supporting on microprocessors running desktop operating systems. Micro-ROS puts the major ROS 2 features on microcontrollers, i.e., highly resource-constrained computing devices running specialized real-time operating systems. ROS 2 is also of great importance for other domains, including autonomous driving and the off-road sector. Accordingly, there is significant interest in bringing micro-ROS to typical automotive control units. These embedded platforms support AUTOSAR Classic OSEK-like operating system which is very different in many aspects when compared to the platforms supported by micro-ROS. Some of the aspects have already been addressed in a previous work. This thesis mainly focuses on mapping the micro-ROS execution scheme to AUTOSAR scheme and dynamic memory management of the micro-ROS stack. From the micro-ROS architecture perspective, to successfully port the stack on an AUTOSAR-based ECU, the middleware and other layers of the stack are also analysed and adapted using a standard approach to support tasks-like execution model instead of threads-like execution model. Additionally, the support for standard CAN protocol based on custom transport configuration with the hardware CAN on the BODAS ECU is introduced. Model-based development methods have proven their utility in automotive industry. Therefore, we also focus on describing the timing properties of the micro-ROS stack in a model-based approach. We develop a generic model which is independent of a specific modeling language. In the next step, we realize the generic model using the widely used AMALTHEA language and analyse how well the developed model predicts the timing behavior of micro-ROS tasks. Finally, the effectiveness of the approach regarding timing and modeling is demonstrated with a micro-ROS test application first on Linux and then on the off-road vehicle control unit BODAS RC18-12/40 by Bosch Rexroth.Item Open Access Bit-Archäologie - 25 Jahre Computermuseum der Informatik(Stuttgart: Computermuseum der Informatik der Universität Stuttgart, 2022) Wiatrowski, Frank; Krause, Klemens; Wiatrowski, Frank (Fotograf); Engstler, Katja Stefanie (Konzept, Redaktion und Gestaltung); Pflüger, Dirk (Verfasser des Grußworts)Einblick in die Sammlung des Computermuseums - neun Sammlungsstücke aus der Geschichte der Informatik werden exemplarisch vorgestellt.Item Open Access Interdisciplinary composition of E-Learning platforms based on reusable low-code adapters(2022) Meißner, NiklasElectronic Learning (E-Learning) platforms or Learning Management Systems (LMSs) are becoming increasingly popular and, accordingly, are being used more and more by teachers at schools and university professors. They are used to digitally distribute educational material to students and provide the opportunity to, e.g., upload and collect assignments, solve tasks, and view grades. LMSs have been growing in popularity and are used alongside in-person lectures as an adjunct to self-study. Due to digital teaching during the COVID-19 pandemic, LMSs have increased in importance significantly. Even in after-pandemic times, with returning in-person lectures, it is hard to imagine teaching at universities without these platforms. The possibilities of working with the established LMSs are enormous. However, a closer look also reveals some negative aspects that were not considered in developing and using these platforms. The existing LMSs lack individualization for lecturers of their courses and a motivating design for students. Plugins attempt to remedy this, but they are complex and time-consuming to use. Thus, the underlying problems are, on the one hand, that lecturers are limited in the design of their courses and, on the other hand, that students experience disadvantages in terms of motivation and interactivity. This thesis aims to develop a concept for an e-learning platform that addresses these problems, supports lecturers in designing their courses, and motivates and assists students in learning. Under the aspect of generalization, a concept for a Software Product Line (SPL) was developed for the requirements of a wide variety of study programs, providing lecturers with a base platform and enabling them to use low-code adapters to design and modify their courses. In addition, the platform and a support team will assist lecturers in using the LMS and creating educational material. For the conceptual design of the LMS, some already existing solutions and approaches were examined to address a similar problem. However, similar problems have been insufficiently solved or overlap with the problem statement of this thesis only to a limited extent. After a requirements analysis, the requirements were gathered and listed so that solutions could then be developed. The prototypical implementation of the concept ’Interactive Training Remote Education Experience (IT-REX)’ was used to design the base e-learning platform and to include gamification aspects. However, since IT-REX was designed for computer science and software engineering students in the first semesters, it had to be modified for a broader range of uses. To evaluate the approach of the concept, a case study was conducted in which a low-fidelity prototype of the concept was presented to lecturers and other experts in the field of higher education didactics, learning psychology, and vocational and technical pedagogy. Subsequently, a questionnaire was used to assess and evaluate the previously defined requirements. The result of this elaboration is the concept for the e-learning platform with the corresponding prototype. Based on the feedback of the lecturers and experts, improvements and revisions could be identified. Furthermore, the evaluation helped to investigate how the platform’s usability could be enhanced to improve the structuring and design of the courses by the lecturers. Finally, future developments and further investigations based on the concept were described.Item Open Access Interactive visualizations for multivariate weather data on smartwatches(2024) Rohwer, Jakob MoritzDer Markt für Smartwatches wächst schnell und birgt viel Potenzial. Doch der kleine Bildschirm der Geräte stellt Entwickler vor neue Herausforderungen, wenn es um Visualisierung geht. Das gilt insbesondere für komplexere Darstellungen. Für Wetterdaten gibt es viele komplexere Möglichkeiten der Visualisierung, sei es der Temperaturverlauf dargestellt als Diagramm oder die Luftfeuchtigkeit als Fortschrittsanzeige. In dieser Arbeit wird die neue Wetterapplikation WeDaVis vorgestellt, welche neue Arten der Visualisierung für Wetterdaten benutzt. Wie die Ergebnisse unserer Studie gezeigt haben, präferierten die Teilnehmer keine bestimmte Art der Datenrepräsentation, sondern stattdessen hingen die Präferenzen von der Art der Wetterinformation ab. Teilnehmer präferierten die Visualisierungen von WeDaVis bei eher ungewöhnlicheren Daten, wie zum Beispiel der Windstärke oder dem Luftdruck. Textbasierte Darstellungen wurden präferiert, wenn es um bekanntere Informationen, wie die Temperatur, ging. Weitere Ergebnisse der Studie zeigten, dass Möglichkeiten der Interaktion visualisiert werden sollten, denn sonst hatten die Teilnehmer Probleme, diese wahrzunehmen. Da sich die Interessen der Teilnehmer für verschiedene Wetterinformationen unterschieden, sollten Applikationen dementsprechend anpassbar sein, und sollten ungefähr sechs Datenrepräsentationen auf einem Bildschirm anzeigen. Da das Forschungsgebiet der Wetterinformationen relativ neu ist, strebte dieses Projekt an, zu dieser Forschung beizutragen, indem wir versucht haben, eine möglichst effiziente Wetterapplikation zu entwickeln, die auf die Benutzung auf der Smartwatch abgestimmt ist.Item Open Access Anonymisierung von Daten : von der Literatur zum Automobilbereich(2023) Herkommer, JanDie 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.Item Open Access Classifying physical exercises and counting repetitions using three-dimensional pose estimation(2023) Wallmann, JonasResistance training is known to increase physical and mental health but requires a lot of knowledge and experience to be done effectively and safely. Personal trainers and physiotherapists provide their knowledge to athletes but their profession requires a lot of learning and experience, thus making their services often not affordable to the general public. Automating certain aspects of their work will make their services more available to the general population and therefore lead to more safe and more effective athletes. The first steps of automating personal training lie in observing a subject train and understanding their performed workout. This provides the basics for future work of automating providing feedback on exercise execution and improving their training regimes. In order to do so, we developed a proof-of-concept program, that uses a two-dimensional camera video as an input to classify what exercise a user performs and automatically counts the number of performed repetitions, in real-time. It should work without imposing requirements in the camera perspective or needing to know what exercise will be performed in advance. This is achieved by using a three-dimensional pose estimation model and defining a rule-based algorithm, that considers the position and angle of joints that characterize the performed exercises We evaluate our proof-of-concept program using videos of subjects performing squats and push-ups in order to understand the accuracy in a real-world scenario. Our program achieved an overall accuracy of 95.57% for the squats and 93.69% for the push-up evaluation.Item Open Access Development of an Euler-Lagrangian framework for point-particle tracking to enable efficient multiscale simulations of complex flows(2023) Kschidock, HelenaIn 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.Item Open Access Eine Methode zum Verteilen, Adaptieren und Deployment partnerübergreifender Anwendungen(2022) Wild, Karoline; Leymann, Frank (Prof. Dr. Dr. h. c.)Ein wesentlicher Aspekt einer effektiven Kollaboration innerhalb von Organisationen, aber vor allem organisationsübergreifend, ist die Integration und Automatisierung der Prozesse. Dazu zählt auch die Bereitstellung von Anwendungssystemen, deren Komponenten von unterschiedlichen Partnern, das heißt Abteilungen oder Unternehmen, bereitgestellt und verwaltet werden. Die dadurch entstehende verteilte, dezentral verwaltete Umgebung bedarf neuer Konzepte zur Bereitstellung. Die Autonomie der Partner und die Verteilung der Komponenten führen dabei zu neuen Herausforderungen. Zum einen müssen partnerübergreifende Kommunikationsbeziehungen realisiert und zum anderen muss das automatisierte dezentrale Deployment ermöglicht werden. Eine Vielzahl von Technologien wurde in den letzten Jahren entwickelt, die alle Schritte von der Modellierung bis zur Bereitstellung und dem Management zur Laufzeit einer Anwendung abdecken. Diese Technologien basieren jedoch auf einer zentralisierten Koordination des Deployments, wodurch die Autonomie der Partner eingeschränkt ist. Auch fehlen Konzepte zur Identifikation von Problemen, die aus der Verteilung von Anwendungskomponenten resultieren und die Funktionsfähigkeit der Anwendung einschränken. Dies betrifft speziell die partnerübergreifenden Kommunikationsbeziehungen. Um diese Herausforderungen zu lösen, stellt diese Arbeit die DivA-Methode zum Verteilen, Adaptieren und Deployment partnerübergreifender Anwendungen vor. Die Methode vereinigt die globalen und lokalen Partneraktivitäten, die zur Bereitstellung partnerübergreifender Anwendungen benötigt werden. Dabei setzt die Methode auf dem deklarativen Essential Deployment Meta Model (EDMM) auf und ermöglicht damit die Einführung deploymenttechnologieunabhängiger Modellierungskonzepte zur Verteilung von Anwendungskomponenten sowie zur Modellanalyse und -adaption. Das Split-and-Match-Verfahren wird für die Verteilung von Anwendungskomponenten basierend auf festgelegten Zielumgebungen und zur Selektion kompatibler Cloud-Dienste vorgestellt. Für die Ausführung des Deployments können EDMM-Modelle in unterschiedliche Technologien transformiert werden. Um die Bereitstellung komplett dezentral durchzuführen, werden deklarative und imperative Technologien kombiniert und basierend auf den deklarativen EDMM-Modellen Workflows generiert, die die Aktivitäten zur Bereitstellung und zum Datenaustausch mit anderen Partnern zur Realisierung partnerübergreifender Kommunikationsbeziehungen orchestrieren. Diese Workflows formen implizit eine Deployment-Choreographie. Für die Modellanalyse und -adaption wird als Kern dieser Arbeit ein zweistufiges musterbasiertes Verfahren zur Problemerkennung und Modelladaption eingeführt. Dafür werden aus den textuellen Musterbeschreibungen die Problem- und Kontextdefinition analysiert und formalisiert, um die automatisierte Identifikation von Problemen in EDMM-Modellen zu ermöglichen. Besonderer Fokus liegt dabei auf Problemen, die durch die Verteilung der Komponenten entstehen und die Realisierung von Kommunikationsbeziehungen verhindern. Das gleiche Verfahren wird auch für die Selektion geeigneter konkreter Lösungsimplementierungen zur Behebung der Probleme angewendet. Zusätzlich wird ein Ansatz zur Selektion von Kommunikationstreibern abhängig von der verwendeten Integrations-Middleware vorgestellt, wodurch die Portabilität von Anwendungskomponenten verbessert werden kann. Die in dieser Arbeit vorgestellten Konzepte werden durch das DivA-Werkzeug automatisiert. Zur Validierung wird das Werkzeug prototypisch implementiert und in bestehende Systeme zur Modellierung und Ausführung des Deployments von Anwendungssystemen integriert.Item Open Access Migration monolithischer Anwendungen in Microservices-basierte Architekturen : Fallstudie einer Service/Sales-Applikation(2023) Knodel, MarvinViele Altsysteme in der Industrie sind heutzutage in einer monolithischen Architektur implementiert. Manche Unternehmen setzen darauf ihre großen Applikationen in eine Microservices-Architektur zu migrieren, da sie sich hiervon viele Vorteile versprechen. So ist auch das Unternehmen L-mobile aus Sulzbach an der Murr dazu gewillt ihre Service/Sales-Applikation auf einen möglichen Microservices-Betrieb hin zu führen. Da es viele Ansätze gibt einen Monolithen in eine Microservices Applikation zu migrieren, hat die Abteilung Empirical Software Engineering des Institute of Software Engineering der Universität Stuttgart ein Framework für die Microservices Migration entwickelt, welches insbesondere Ansätze aus dem wissenschaftlichen Umfeld beinhaltet. Mithilfe dieses Frameworks wird in dieser Arbeit eine Teilmigration der Service/Sales-Applikation von L-mobile im Rahmen eines Proof of Concept durchgeführt. Dafür wurde zuerst eine Literaturrecherche durchgeführt um die Grundlagen von Monolithen, Microservices und dahingehende Migrationen im Allgemeinen zu erörtern. Anschließend wurde das Framework für Microservices Migration, für eine Teilmigration der Service/Sales-Applikation, durchgeführt. In dieser Durchführung wurde ein Service-Identifikationsansatz und eine Migrationsstrategie für die Applikation von L-mobile durch das Framework empfohlen. Während der Migration sind auch Herausforderungen aufgetreten. Einige der aufgetretene Herausforderungen wie die Migration der Datenbank werden auch in der wissenschaftlichen Literatur genannt, andere Herausforderungen, wie mangelnde Erfahrung mit Architekturbewertungen und der Implementierung von Microservices sind L-mobile spezifische Herausforderungen. Durch das Erheben strukturierter Feldnotizen während der Anwendung des Frameworks und durch verschiedene Reviews nach der Migration wurde das Framework hinsichtlich seiner Eignung für die Migration der Service/Sales-Applikation geprüft. Diese Evaluation ergab, dass sich das Framework für die Migration im Rahmen des Proof of Concept geeignet hat, da es umfangreich durch die Migration führt, eine Architekturbewertung berücksichtigt, geeignete Methoden für die Service-Identifizierung und Migration vorschlägt und durch das Vorschlagen von Patterns und Best Practices bei der Erstellung der Architektur unterstützt. Das Framework eignet sich auch für die komplette Migration der Service/Sales-ApplikationItem Open Access Migrating monolithic architectures to microservices : a study on software quality attributes(2022) Koch, DanielEs gibt viele Beweggründe für die Migration von einer monolithischen zu einer Microservice-Architektur, z. B. hohe Skalierbarkeit oder verbesserte Wartbarkeit. Dabei müssen jedoch mehrere Faktoren im Migrationsprozess berücksichtigt werden, darunter auch Qualitätsmerkmale. Da die Migration zu einer Microservice-Architektur keine einfache Aufgabe ist, können definierte Qualitätsziele dabei helfen, einen geeigneten Migrationsansatz auszuwählen und anschließend geeignete Architekturentscheidungen zu treffen. Ziel dieser Arbeit ist es, zu untersuchen, wie Qualitätsattribute in den Migrationsprozess eingebunden werden können, um Praktiker und Softwarearchitekten dabei zu unterstützen. Ebenso wird untersucht, welche Rolle sie im Migrationsprozess spielen. Dazu wurde zunächst eine Literaturrecherche durchgeführt, um die Qualitätsattribute zu identifizieren, die für eine Microservice-Architektur relevant sind. Anschließend wurden die Qualitätsattribute den Migrationsansätzen zugeordnet, die sie in Richtung der Zielarchitektur optimieren. Ebenso wurden die Qualitätsattribute den Architekturmustern und Best Practices zugeordnet. Auf der Grundlage der zuvor gesammelten Ergebnisse wurde ein Qualitätsmodell erstellt, das auch die Interdependenzen und Kompromisse zwischen ihnen berücksichtigt. Auf diese Weise soll das Qualitätsmodell als Leitfaden dienen, der die Auswahl geeigneter Techniken und architektonischer Entscheidungen auf der Grundlage der definierten Qualitätsziele erleichtert. Das entwickelte Qualitätsmodell wurde anschließend in ein Tool integriert, das Praktiker durch den Migrationsprozess leiten sollte. Um die Nutzbarkeit des Werkzeugs in Bezug auf das Qualitätsmodell zu untersuchen, wurde eine Evaluierung in Form einer Umfrage mit vier Praktikern aus der Industrie durchgeführt. Das Ergebnis der Evaluation zeigt, dass das integrierte Qualitätsmodell den Migrationsprozess auf Basis der definierten Qualitätsziele in der Praxis unterstützen kann und die Erweiterung des Tools eine hohe Usability aufweist.