05 Fakultät Informatik, Elektrotechnik und Informationstechnik
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Item Open Access Inferring object hypotheses based on feature motion from different sources(2015) Fuchs, SteffenPerception systems in robotics are typically closely tailored to the given task, e.g., in typical pick-and-place tasks the perception systems only recognizes the mugs that are supposed to be moved and the table the mugs are placed on. The obvious limitation of those systems is that for a new task a new vision system must be designed and implemented. This master's thesis proposes a method that allows to identify entities in the world based on motion of various features from various sources. This is without relying on strong prior assumptions and to provide an important piece towards a more general perception system. While entities are rigid bodies in the world, the sources can be anything that allows to track certain features over time in order to create trajectories. For example, these feature trajectories can be obtained from RGB and RGB-D sensors of a robot, from external cameras, or even the end effector of the robot (proprioception). The core conceptual elements are: the distance variance between trajectory pairs is computed to construct an affinity matrix. This matrix is then used as input for a divisive k-means algorithm in order to cluster trajectories into object hypotheses. In a final step these hypotheses are combined with previously observed hypotheses by computing the correlations between the current and the updated sets. This approach has been evaluated on both simulated and real world data. Generating simulated data provides an elegant way for a qualitative analysis of various scenarios. The real world data was obtained by tracking Shi-Tomasi corners using the Lucas-Kanade optical flow estimation of RGB image sequences and projecting the features into range image space.Item Open Access Control-plane consistency in software-defined networking: distributed controller synchronization using the ISIS² toolkit(2015) Strauß, JanSoftware-defined Networking (SDN) is a recent approach in computer networks to ease the network administration by separating the control-plane and the data-plane. The data-plane only forwards packets according to certain rules specified by the control-plane. The control-plane, implemented by a software called controller, determines the forwarding rules based on a global view of the network. In order to increase fault tolerance and to eliminate a possible performance bottleneck, the controller can be distributed. The synchronization of the data that holds the global view is conventionally realized using distributed key-value stores offering a fixed consistency semantic, not respecting the heterogeneous consistency requirements of the data items in controller state. The virtual synchrony model, an alternative approach to the commonly used state machine replication method, offers a more flexible solution that can result in higher performance when certain assumptions on the data kept in controller state can be made. In this thesis a distributed controller based on OpenDaylight, a state-of-the-art SDN controller and the ISIS² library, that implements the virtual synchrony model, is proposed. The modular architecture of the proposed controller and the usage of a platform independent data model allows to extend or replace parts of the system. The implementation of the distributed controller is described and the macro and micro performance is evaluated with benchmarks.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 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 Lastbalancierungsverfahren für dynamische und heterogene Linked-Cell Molekülsimulation(2015) Hirschmann, SteffenIn dieser Arbeit wird die Lastbalancierung von Molekül- beziehungsweise Teilchensimulationen mit kurzreichweitigen Potenzialen betrachtet. Eine solche ist notwendig, um inhomogene Szenarien effizient über längere Zeiträume hinweg auf Parallelrechnern simulieren zu können. Hierzu werden die vorkommenden Arten von Last analysiert und in sogenannten Lastmodellen quantifiziert. Hierbei liegt der Fokus auf Rechen- und Kommunikationslasten. Anschließend wird das Problem der Lastbalancierung beschrieben. Es werden verschiedene in der Literatur bekannte Verfahren zur Lastbalancierung betrachtet, untersucht und evaluiert. Der Fokus liegt hierbei nicht auf einem einzelnen Anwendungsszenario, sondern auf der generellen Machbarkeit, den Eigenschaften und den Einschränkungen der jeweiligen Verfahren.Item Open Access Ein Testwerkzeug für das Internet der Dinge(2017) Krüger, DanielWegen der stetig fallenden Preise für Hardware sind in der heutigen Zeit immer mehr Geräte miteinander vernetzt. Dabei kommunizieren Sensoren, Aktoren und Steuergeräte miteinander. Diesen Wandel nennt man das Internet der Dinge (IoT). Ein Ziel des Internet der Dinge ist es, Situationen automatisch zu erkennen und zu steuern. Dies kann durch sogenannte Complex Event Processing (CEP)-Systemen ermöglicht werden. Diese lesen Datenströme ein und erkennen vorher definierte Muster, die Situationen. Das Testen von IoT-Umgebungen ist jedoch teuer, da Hardware beschafft werden muss. Deswegen ist die Simulation von IoT-Umgebungen erstrebenswert. In dieser Arbeit wird ein web-basiertes Werkzeug vorgestellt, welches die Simulation von Sensoren ermöglicht. Es ist möglich, mehrere Sensoren mit unterschiedlichen Datentypen, Startwerten und Abweichungen zu simulieren. Ein weiteres, im Rahmen dieser Arbeit behandeltes, Problem ist, dass noch keine Benchmarks für CEP-Systeme existieren. Für darauf aufbauende Arbeiten wird hier untersucht, wie eine Datengenerierung für solche Benchmarks umgesetzt werden kann und welche Anforderungen an die Benchmarks gestellt werden.Item Open Access Speech interface for human and robot collaboration(2018) Kashif, Moin UddinIn the past, robots and machines were mostly designed to perform specific tasks without much human interaction needed. Nowadays with the advancements in technology, intelligent robots can be designed which can perform multiple tasks, interact with the surrounding environment, assist and give valuable suggestions to humans etc. so an efficient and natural mode of communication is required for this human-robot interaction. In this thesis, we proposed an architecture to develop a speech interface for human-robot interaction. The speech interface is used to give voice commands to the robot, PR2, in order to perform 5 tasks which are designed to test the performance of the speech interface. The tasks are sorting, shaping, stacking, building and balancing of 6 objects on table-top which are designed and ordered by the level of difficulty. First two tasks are comparatively easier as the user doesn't have to follow any order to finish them, next two tasks require to follow the order and in the last task, the stack of objects must be balanced in order to finish it. The speech interface receives voice commands from the user, convert them into text, maps to the corresponding command and send to the task manager to perform the operation. After that, it processes the received command, takes the appropriate decision based on the current status of the task and available actions and sends the command to the PR2 to perform the operation. Additionally, we have designed a feedback mechanism where PR2 sends back the feedback to the task manager which is delivered back to the speech manager so that it can be converted into an audio signal and play for the user. Furthermore, the system uses a TCP connection for the exchange of data and information between the speech manager and the task manager. The speech interface is also compared with other modalities such as text input and graphical user interface with the same tasks and we have also conducted user study to evaluate the system performance. The results show that the participants prefer speech interface as it feels more natural.Item Open Access Evaluierung von Verfahren zum optischen Lokalisieren und Kartographieren (SLAM) mit Eignung für den Einsatz auf UAVs(2013) Price, EricIn der Robotik werden kleine UAVs (unmanned aerial vehicles) dank zunehmender Hardwareminiaturisierung immer interessanter. Jedoch gelten auf diesen Plattformen wie Quadcoptern oder Modellflugzeugen zusätzliche Beschränkungen wie Größe, Bauform und Gewicht, die die zur Verfügung stehende Rechnerleistung für Anwendungen der autonomen Robotik nach wie vor einschränken. Thema dieser Diplomarbeit ist die Evaluierung von Verfahren zum simultanen Lokalisieren und Kartographieren an Hand optisch erfasster Bilddaten von einem mikro-UAV aus, wobei besonderes Augenmerk auf der Eignung der SLAM Verfahren für autonome optische Navigation in einer 3D Outdoor-Umgebung liegt.Item Open Access Comprehensive Support of the Lifecycle of Machine Learning Models in Model Management Systems(2019) Popp, MatthiasToday, Machine Learning (ML) is entering many economic and scientific fields. The lifecycle of ML models includes data pre-processing to transform raw data into features, training a model with the features, and providing the model to answer predictive queries. The challenge is to ensure accurate predictions by continuously updating the model with automatic or manual retraining. To be aware of all changes, e.g. datasets and parameters, it is required to store metadata over the entire ML lifecycle. In this thesis we present a concept and system for comprehensive support of the ML lifecycle. The concept includes a metadata schema, as well as a solution to collect and enrich the metadata. The metadata schema contains information about the experiment, runs, executions, executables and common artifacts in ML such as datasets, models, and metrics. The stored information can be used for comparisons, re-iterations, and backtracking of ML experiments. We achieve this by tracking the lineage of ML pipeline steps and collecting metadata such as hyperparameters. Furthermore, a prototype is implemented to demonstrate and evaluate the concept. A case study, based on a selected scenario, serves as the basis for a qualitative assessment. The case study shows that the concept meets all the requirements and is therefore a suitable approach to comprehensively support ML model lifecycle.Item Open Access Orthogonale Dünngitter-Teilraumzerlegungen(2018) Schreiber, ConstantinIn der Simulation treten Häufg hochdimensionale partielle Differentialgleichungen auf. Das Lösen dieser wird für volle Gitter sehr schnell zu teuer. In dieser Arbeit wird ein Verfahren für das Lösen partieller Differentialgleichungen mit Hilfe von Dünnen Gittern, welche für mehrdimensionale Probleme besser skalieren, sowie dessen Implementierung in das Programmpaket SG++ vorgestellt. Durch Funktionsdarstellung in einem Erzeugendensystem wird die Verwendung einer L2-orthogonalen Teilraumzerlegung ermöglicht. Projektionsoperatoren ersetzen hierbei die explizite Transformation in eine Prewavelet-Basis. Diese Zerlegung erlaubt das Lumping der Steifgkeitsmatrix, also das Weglassen von großen Blöcken der Matrix. Hiermit wird ein Algorithmus zur Matrixmultiplikation, welcher dem von Schwab und Todor ähnelt implementiert. Dieser wird in einem konjugierten Gradienten-Verfahren verwendet und auch auf krummberandete Gebieten angewendet. Des Weiteren wird die Teilraumzerlegung durch L2-Projektion mit anderen Zerlegungen in Bezug auf Laufzeit und Fehlerentwicklung verglichen.