05 Fakultät Informatik, Elektrotechnik und Informationstechnik
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Item Open Access A context-aware hoarding mechanism for location-dependent information systems(2000) Kubach, Uwe; Rothermel, KurtWhen used in an outdoor environment mobile information systems often suffer from the disadvantages of wireless WANs, especially low bandwidth, high delay, and frequent disconnections. Hoarding is an effective method to overcome these disadvantages by transferring information which is probably needed by the user in advance. In this paper we propose a generic, context-aware hoarding mechanism. When selecting the information to hoard, it considers the user's future location as well as the expected speed of movement. In contrast to existing hoarding mechanisms it is universally applicable for different types of location-dependent, mobile information systems. Its flexibility allows it to rely on different knowledge sources in order to get information about a user's context.Item Open Access A protocol for preserving the exactly-once property of mobile agents(1997) Rothermel, Kurt; Straßer, MarkusMobile agents are autonomous objects that can migrate from node to node of a computer network. Mobile agent technology has been proposed for various application areas, including electronic commerce, systems management and active messaging. Many of these applications - especially those for electronic commerce - require agents to be performed 'exactly once', independent of communication and node failures. In other words, once a mobile agent has been launched, it must never be lost before its execution is finished. Moreover, each 'portion' of the agent performed at the visited nodes is performed exactly once. Due to the autonomy of mobile agents, there is no 'natural' instance that monitors the progress of an agent's execution. As a result of that agents may be blocked due to node crashes or network partitioning even if there are other nodes available that could continue processing. In this paper, we will describe a protocol that ensures the exactly once property of agents and additionally reduces the blocking probability of agents by introducing so-called observer nodes for monitoring the progress of agents. This protocol is based on conventional transactional technology, such as defined by X/Open DTP or CORBA OTS. It is implemented in the Mole, a mobile agent system developed at Stuttgart University.Item Open Access Application sharing in teaching context with wireless networks(2001) Burger, Cora; Papakosta, Stella; Rothermel, KurtThe success of teaching is depending on a couple of factors: on how far students are involved into lectures, on the material, its completeness and on co-learning of students. Involvement of students into lectures means, being able to follow the thoughts of the teacher, ask questions and make comments. The material must be presented in a suitable form and essential parts of it have to be available during the whole learning process, for preparing participation in lectures and exercises as well as for exams. For more effective learning and training of social abilities, working in groups of co-learners has to be encouraged. Mobile and ubiquitous computing offer new possibilities to achieve these goals by increasing the awareness in class and supporting an active participation of students. By promoting existing concepts and enabling new ways of application sharing, the project SASCIA (System architecture supporting cooperative and interactive applications) aims at developing a framework for multiple applications to support teaching in collocated, remote and hybrid scenarios. Its core is composed of components to capture and distribute context information about sessions, participants and those applications that are used during a lecture or encounter among students. A configurable floor control was designed to cope with a wide spectrum of applications and learning situations. For some cases, even a control for semantic consistency can be necessary. In combination with a suitable user and session management, a whiteboard for annotations and a recording facility to support latecomers as well as subsequent replay, these components are providing the required functionality. As a consequence, SASCIA offers remote control and viewing facilities to all participants during lectures and co-learning sessions.Item Open Access Task allocation in distributed multimedia systems based on the host-satellite model(1998) Dermler, Gabriel; Iqbal, AshrafMultimedia applications require intermediate processing between media sources and sinks. In addition to end-user machines intermediate computers can be used for performing media processing. This possibility leads to the problem of allocating processing components on various computers. In this paper, we study this problem in the context of star-shaped application graphs which have to be allocated between given end-user machines (satellites) and a central computer (host). The problem is formulated in terms of best achievable bottleneck resource usage. Several approaches are considered including anapproximate scheme and two fast-heuristics. Performance measurements show the efficiency of the considered approaches. A discussion of our approach shows important differences to solutions provided for related problems of graph partitioning and mapping.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 System mechanisms for partial rollback of mobile agent execution(1999) Straßer, Markus; Rothermel, KurtMobile agent technology has been proposed for various fault-sensitive application areas, including electronic commerce, systems management and active messaging. Recently proposed protocols providing the exactly-once execution of mobile agents allow the usage of mobile agents in these application areas. Based on these protocols, a mechanism for the application-initiated partial rollback of the agent execution is presented in this paper. The rollback mechanism uses compensating operations to roll back the effects of the agent execution on the resources and uses a mixture of physical logging and compensating operations to rollback the state of the agent. The introduction of different types of compensating operations and the integration of an itinerary concept with the rollback mechanism allows performance improvements during the agent rollback as well as during the normal agent execution.Item Open Access Integration von Data Mining und Online Analytical Processing : eine Analyse von Datenschemata, Systemarchitekturen und Optimierungsstrategien(2003) Schwarz, Holger; Mitschang, Bernhard (Prof. Dr.-Ing. habil.)Die technischen Möglichkeiten, Daten zu erfassen und dauerhaft zu speichern, sind heute so ausgereift, dass insbesondere in Unternehmen und anderen Organisationen große Datenbestände verfügbar sind. In diesen Datenbeständen, häufig als Data Warehouse bezeichnet, sind alle relevanten Informationen zu den Organisationen selbst, den in ihnen ablaufenden Prozessen sowie deren Interaktion mit anderen Organisationen enthalten. Vielfach stellt die zielgerichtete Analyse der Datenbestände den entscheidenden Erfolgsfaktor für Organisationen dar. Zur Analyse der Daten in einem Data Warehouse sind verschiedenste Ansätze verfügbar und erprobt. Zwei der wichtigsten Vertreter sind das Online Analytical Processing (OLAP) und das Data Mining. Beide setzen unterschiedliche Schwerpunkte und werden bisher in der Regel weitgehend isoliert eingesetzt. In dieser Arbeit wird zunächst gezeigt, dass eine umfassende Analyse der Datenbestände in einem Data Warehouse nur durch den integrierten Einsatz beider Analyseansätze erzielt werden kann. Einzelne Fragestellungen, die sich aus diesem Integrationsbedarf ergeben werden ausführlich diskutiert. Zu den betrachteten Fragestellungen gehört die geeignete Modellierung der Daten in einem Data Warehouse. Bei der Bewertung gängiger Modellierungsansätze fließen insbesondere die Anforderungen ein, die sich durch den beschriebenen Integrationsansatz ergeben. Als Ergebnis wird ein konzeptuelles Datenmodell vorgestellt, das Informationen in einer Weise strukturiert, die für OLAP und Data Mining gleichermaßen geeignet ist. Im Bereich der logischen Modellierung werden schließlich diejenigen Schematypen identifiziert, die die Integration der Analyseansätze geeignet unterstützen. Im nächsten Schritt sind die für Data Mining und OLAP unterschiedlichen Systemarchitekturen Gegenstand dieser Arbeit. Deren umfassende Diskussion ergibt eine Reihe von Defiziten. Dies führt schließlich zu einer erweiterten Systemarchitektur, die die Schwachstellen beseitigt und die angestrebte Integration geeignet unterstützt. Die erweiterte Systemarchitektur weist eine Komponente zur anwendungsunabhängigen Optimierung unterschiedlicher Analyseanwendungen auf. Ein dritter Schwerpunkt dieser Arbeit besteht in der Identifikation geeigneter Optimierungsansätze hierfür. Die Bewertung der Ansätze wird einerseits qualitativ durchgeführt. Andererseits wird das Optimierungspotenzial der einzelnen Ansätze auch auf der Grundlage umfangreicher Messreihen gezeigt.Item Open Access Sicherheit in Mobile-Agenten-Systemen(2001) Hohl, Fritz; Rothermel, Kurt (Prof. Dr.)Mobile Agenten sind Programminstanzen, die in der Lage sind, sich selbstständig zwischen verschiedenen, eventuell fremden, Ausführungsumgebungen zu bewegen und, unter Ausnutzung lokaler Ressourcen, Aufgaben zu erfüllen. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Frage der Sicherheit zwischen mobilen Agenten und deren Ausführungsumgebungen. Die Aufgabenstellung umfasst zwei Teilbereiche. Im Bereich des Schutzes der Ausführungsumgebung vor Angriffen durch mobile Agenten werden die möglichen Angriffe und die existierenden Lösungsansätze vorgestellt. Der zweite Teilbereich umfasst den Schutz mobiler Agenten vor Angriffen durch ihre Ausführungsumgebung. Hier werden ebenfalls zunächst die möglichen Angriffe geschildert. Weiter wird ein Modell der Wirtsmaschine und des Angreifers erarbeitet, das es erlaubt, die möglichen Angriffe zu illustrieren. Unter Benutzung einer neuen Kategorisierung werden dann verwandte Arbeiten erläutert. Im Bereich des Schutzes vor einzelnen Angriffen werden existierende Verfahren untersucht, die bestimmte Angriffe gegen einen mobilen Agenten durch Vergleich mit Referenzzuständen entdecken können. Durch eine Kombination dieser Verfahren wird dann ein neues Verfahren entwickelt sowie diskutiert. Um mobile Agenten vor allen Angriffen zu schützen, wird danach das Gesamtproblem des Schutzes mobiler Agenten auf ein kleineres Problem reduziert indem die sog. Blackbox-Eigenschaft mobiler Agenten angenommen wird. Darauf folgend werden zwei Verfahrensklassen beschrieben, die diese Eigenschaft gewährleisten sollen. Für die Klasse der nicht-interaktiven Auswertung von verschlüsselten Funktionen werden drei existierende Mechanismen beschrieben. Um einen Nachteil der existierenden Verfahrensklasse zu überwinden, wird dann eine neue Verfahrensklasse vorgestellt, die aber eine Zeitbeschränkung des erzielten Schutzes aufweist. Abschließend wird ein neues Protokoll beschrieben, das den sog. Blackbox-Test verhindert.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.