05 Fakultät Informatik, Elektrotechnik und Informationstechnik
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Item Open Access Entwicklung und Analyse zeitgesteuerter Systeme(2002) Ringler, Thomas Karl; Göhner, Peter (Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c.)Zeitgesteuerte Architekturen versprechen aufgrund ihrer deterministischen Eigenschaften die Anforderungen zukünftiger By-Wire-Systeme in Automobilen zu erfüllen. Im Vergleich zu herkömmlichen ereignisgesteuerten Architekturen benötigen sie jedoch einen erheblich höheren Entwicklungsaufwand und erfordern deshalb neue Verfahren und Werkzeugkonzepte. In der vorliegenden Arbeit wird ein Verfahren zur Entwicklung und Analyse zeitgesteuerter Systeme erarbeitet. Aktivitäten zur Entwicklung zeitgesteuerter Systeme werden identifiziert und in den etablierten Entwicklungsprozess der Automobilindustrie eingegliedert. In den frühen Phasen des Entwicklungsprozesses erfolgt die Planung des zeitlichen Ablaufs im verteilten System. In den späten Phasen wird durch die Zeitanalyse nachgewiesen, dass die implementierten Programme geplante Zeitbedingungen stets einhalten. Die Bestimmung der maximalen Ausführungszeit von Programmen durch die Worst-Case-Execution-Time-Analyse (WCET-Analyse) ist hierfür die Grundlage und bildet den Schwerpunkt der Arbeit. Dem aktuellen Trend in der Automobilindustrie Software modellbasiert zu erstellen wird Rechnung getragen, indem ein Konzept der modellbasierten WCET-Analyse entwickelt wird. Die Analyse der erstellten Modelle wird dadurch ohne die Angabe zusätzlicher Informationen durch den Anwender möglich. Dazu werden aus den Modellen heraus Informationen über das Ausführungsverhalten des Codes gewonnen. Die Übertragbarkeit des Konzepts wird aufgezeigt, indem es bei den zwei unterschiedlichen Software-Entwicklungswerkzeugen ViPER und MATLAB/Simulink/Stateflow angewandt wird. Zum praktischen Nachweis des erstellten Konzepts wird eine Werkzeugumgebung entwickelt. Anhand eines Steer-by-Wire-Fallbeispiels wird die Anwendbarkeit des Konzepts aufgezeigt. Durch die grafische Spezifikation des zeitlichen Ablaufs wird die Entwicklung verteilter regelungstechnischer Anwendungen unterstützt. Die integrierte WCET-Analyse für den in der Automobilindustrie weit verbreiteten Siemens 80C167 Mikrocontroller erfolgt voll automatisiert und bietet dem Anwender wichtige Informationen für den modellbasierten Softwareentwurf.Item Open Access Process model for the development of system requirements specifications for railway systems(2002) Bitsch, FriedemannIn this paper a process model for the development of system requirements specifications for railway systems is introduced. Demands of the approval of system requirements specifications, which arise from recent European railway standards, are taken into account. The aim is to obtain a system specification, which is unambiguous and easy to understand for all parties involved and in which safety aspects are considered in detail. Correlations between the development of a precise system specification, the performance of safety relevant correctness checks and the performance of risk analysis are presented. Especially the identification, specification and formalisation of safety requirements are treated with regard to correctness checks referred to safety aspects by using model checking. It is also demonstrated how different techniques of risk analysis can be supported by a system model in diagrams of the Unified Modelling Language (UML). This work has been developed in close co-operation with the Institute of Railway Systems Engineering and Traffic Safety (IfEV), Technical University of Braunschweig, Germany within the scope of the project SafeRail (see http://www.ias.uni-stuttgart.de/projekte/saferail/).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 Strategien und Algorithmen zur interaktiven Volumenvisualisierung in digitalen Dokumenten(2002) Engel, Klaus; Ertl, Thomas (Prof. Dr.)Diese Arbeit zeigt neue Strategien und Algorithmen auf, die eine interaktive Visualisierung umfangreicher wissenschaftlicher Volumendaten auf einer Vielzahl unterschiedlicher Client-Architekturen und Netzwerkverbindungen in digitalen Netzwerken ermöglichen. Dies wird auf unterschiedliche Weise erreicht, wobei oftmals eine Kombination verschiedener Algorithmen und Strategien zum Erfolg führt. Bei der Implementierung der vorgestellten Verfahren wird dabei großer Wert auf Architekturneutralität und die Verwendung von Internet-Standards gelegt. Mit Hilfe der vorgestellten Methoden können Volumendaten in digitalen Dokumenten mit bisher unerreichter Qualität und Geschwindigkeit in interaktiven Bilderwiederholraten dargestellt werden. Diese Ergebnisse werden deutliche Wirkung auf weitere Forschungsaktivitäten haben und eröffnen gleichzeitig ein breites Anwendungsfeld in den Ingenieurwissenschaften, der Medizin, der Physik, der Chemie sowie Bildung und Lehre.Item Open Access Interaktive Visualisierungssysteme zur beschleunigten Analyse von Simulationsergebnissen im Fahrzeugentwicklungsprozess(2002) Schulz, Martin; Ertl, Thomas (Prof. Dr.)Die vorliegende Arbeit zeigt neue Methoden zur Beschleunigung der Analyse von numerischen Berechnungen auf. Ziel war es, die Arbeit der Berechnungsingenieure im Postprocessing durch die Bereitstellung von interaktiven und intuitiven Visualisierungswerkzeugen zu erweitern. Hierfür wurden die Arbeits- und Vorgehensweisen der Ingenieure betrachtet, darauf aufbauend Visualisierungsverfahren und -algorithmen entwickelt und im produktiven Prozess erprobt. Durch den Einsatz von Techniken der virtuellen Realität entstanden prototypische Applikationen mit neuen Interaktionsmechanismen und mit Unterstützung von neuartigen Ein- und Ausgabegeräten. Im Bereich der Finite-Element-Simulationen wurden Methoden für den Umgang mit zeitabhängigen Geometrien und Volumen betrachtet, wie sie in der Crashtest-, Schwingungs-, Kinematik- und Akustiksimulation vorkommen. Verfahren zur Selektion, Transformation, Schnittberechnung animierter Objekte und propagierende Isoflächen wurden für die Darstellung von zeitabhängigen Daten untersucht. Die Arbeiten im Bereich der Strömungssimulation konzentrierte sich auf die Visualisierung von lokal verfeinerten kartesischen Gittern mit expliziter Geometriebeschreibung. Für die interaktive Visualisierung wird eine effiziente Datenspeicherung und -verwaltung der Volumen- und Geometrieelemente vorgestellt, auf deren Basis optimierte Algorithmen für die Zelllokalisierung, Partikelbahn- und Schnittebenenberechnung untersucht wurden. Umgesetzt wurden die Methoden in den beiden Visualisierungssystemen VtCrash und PowerVIZ. Für die Zusammenarbeit mehrerer Benutzer wurde in den Prototypen kooperatives Arbeiten untersucht. Beide Applikationen kamen in den beteiligten Abteilungen der BMW Group sowohl am Arbeitsplatz, im Projektionsraum und in der CAVE zum Einsatz. Die Erfahrungen im produktiven Entwicklungsprozess der BMW Group und das Interesse an kommerziellen Varianten der Prototypen haben die Einsatzreife dieser Techniken bestätigt.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.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 A depth-cueing scheme based on linear transformations in tristimulus space(2002) Weiskopf, Daniel; Ertl, ThomasWe propose a generic and flexible depth-cueing scheme which subsumes many well-known and new color-based depth-cueing approaches. In particular, it includes standard intensity depth-cueing and rather neglected pure saturation depth-cueing. A couple of new combinations and variations of depth cues are presented. Their usefulness is demonstrated in many different fields of application, reaching from non-photorealistic rendering to information visualization. In addition to cues based on a geometric concept of depth, an abstract visualization approach in the form of semantic depth-cueing is proposed. Our depth-cueing scheme is based on linear transformations in the 3D tristimulus space of colors and on weighted sums of colors. Since all of the required operations are supported by contemporary consumer graphics hardware, the depth-cueing scheme can be implemented without performance cutbacks. Therefore, any real-time rendering application can be enriched by sophisticated depth-cueing.Item Open Access ASN und die relationalen Datenbanksysteme (Realisierungsaspekte)(2002) Mesina, MarianIn diesem Report wird eine mögliche Weiterentwicklung des ASN-Datenmodells präsentiert. Das ASN wurde zuerst mit dem objektorientierten Datenbanksystem ObjectStore realisiert. Das Ziel dieses Berichtes ist es, die Möglichkeiten der Realisierung von ASN mit relationalen Datenbanken zu untersuchen. Es wurde ein Datenmodell vorgeschlagen, der die Integration von neuen Objektarten, von neuen Eigenschaften der Objekte und von neuen Beziehungen zwischen den Objekten ohne Änderung der Datenstrukturen in der Datenbank erlaubt. Die Lösung von wichtigsten Aufgaben, wie z.B. die Beschreibung von Constraints, die Benutzung von hierarchischen Datenstrukturen, die Beschreibung der Projekte, die Beschreibung von Beziehungen in relationalen Datenbanken wurde beschrieben. Es wurde gezeigt, wie die Effizienz von ASN durch die Verfeinerung des ASN-Datenmodells verbessert werden kann. Für die erste Implementierung von ASN mit relationalen Datenbanken wurde als Testentwicklungsumgebung MS Access vorgesehen.
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