05 Fakultät Informatik, Elektrotechnik und Informationstechnik
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Item Open Access Visuelle Analyse gemeinsamer Sequenzen(2020) Galuschka, MarcelIn den sozialen Medien verbreiten sich Texte schnell. Dieses Phänomen lässt sich auch in historischen Zeitungsartikeln erkennen. Forscher aus der Literaturwissenschaft und der Kulturwissenschaft befassen sich mit diesem Thema und untersuchen eine Menge von Texten. In dieser Arbeit erstellen wir dazu einen Prototyp, mit welchem es möglich ist, diese Texte untereinander zu vergleichen und zwei Texte im Vergleich genauer zu betrachten. Außerdem diskutieren wir hier, aus welchem Grund wir diese Darstellung gewählt und wie wir diese verwirklicht haben. Darüber hinaus haben wir diesen Prototyp einer Literaturwissenschaftlerin vorgestellt, welche mit diesem sprachliche Veränderungen zwischen den Texten erkennen kann.Item Open Access Modelllierung von TOSCA-basierten Deployment Modellen in Java(2020) Fuhrmann, JanIn den letzten Jahren gewinnt das Thema Cloud Computing in vielen Bereichen der Gesellschaft zunehmend an Bedeutung. Immer mehr Unternehmen verlagern Anwendungen sowie Teile der lokalen Infrastruktur in die Cloud. Die Automatisierung des Deployments solcher Cloud-Anwendungen wird jedoch durch deren steigende Komplexität und zugleich hohe Diversität signifikant erschwert, weshalb eine einheitliche Strukturierung erforderlich ist. Die „Topology and Orchestration Specification for Cloud Applications (TOSCA)“ definiert einen Standard für die Beschreibung und das Management sowie die automatisierte Bereitstellung von Cloud-Anwendungen. Alle Komponenten einer Anwendung, in TOSCA Node Templates genannt, inklusive Abhängigkeiten und Verbindungen (Relationship Templates) werden dabei innerhalb sogenannter Topology Templates dargestellt. Bisher erfolgt die Modellierung von TOSCA Topologien ausschließlich in XML oder YAML, aber in einer objektorientierten Programmiersprache wie Java ist dies bislang nicht möglich. In dieser Arbeit wird ein Konzept vorgestellt, das eine automatisierte Konvertierung von TOSCA Node Types und Relationship Types in die Programmiersprache Java beschreibt. Diese Umwandlung findet im sogenannten „TOSCA2JAVA-Transformator“ statt, der im Rahmen dieser Arbeit entwickelt wurde. Er bildet damit die Grundlage für eine zukünftige Kreierung und Konfiguration von TOSCA Topologien in der objektorientierten Umgebung von Java.Item Open Access Development of a vendor independent quantum computing transpiler(2020) Wangler, ThomasIn 2019 a quantum computer took 200 seconds for a task for which a state-of-the-art classical supercomputer would need roughly 10,000 years. Quantum supremacy was shown and the development of quantum technology proceeds quickly. However, several aspects limit the implementation and execution of quantum circuits. The vendors of quantum computers provide their own proprietary software development kit (SDK) to execute quantum circuits on their quantum processing units (QPUs). Furthermore, the computers differ regarding various properties like the native gate set and the qubit connectivity. Therefore, quantum circuits cannot be executed on arbitrary QPUs, but there exists a tight coupling between a QPU and a quantum algorithm implementation. To decouple the development of a circuit from the QPU, this thesis proposes a quantum circuit analysis and transpilation framework that integrates quantum SDKs and enables the comparison and analysis of quantum circuits, as well as the export of executable circuits in the respective assembly language of QPUs from different vendors. Currently existing QPUs, also called Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ) machines, have a very limited number of qubits and are prone to failure. Thus, the integration of different QPUs enhances the possibilities of quantum circuit developers and avoids the SDK lock-in. Additionally, a graphical user interface is developed to support the user in the whole process of importing, visualizing, editing, and simulating a quantum circuit, as well as, choosing a suitable QPU to execute the circuit.Item Open Access Entwicklung und Implementierung von Analysetools zur Dimensionierung von Entwässerungsanlagen am Bahnkörper und zur Aufstellung der Investitionsschätzung von vorgeplanten Eisenbahninfrastrukturen in das vorhandene DCC-Modell(2020) Koch, DanielDiese Arbeit beschreibt die Entwicklung und Implementierung von zwei Analysetools in das vorhandene DCC-Modell. Dabei wird der DCC-Ansatz erläutert und die Umsetzung in Bezug auf die zu implementierenden Tools aufgeführt. Eine der Softwarelösungen dient zur Aufstellung der Investitionsschätzung von vorgeplanten Eisenbahninfrastrukturen. Hierbei wird die Kostenermittlung in Form einer Kostenschätzung für den Verkehrsträger Schiene im Detail betrachtet. Das zweite Analysetool unter-sucht die Dimensionierung von Entwässerungsanlagen am Bahnkörper. Dafür wird auf die hydraulische Bemessung von offenen Entwässerungsanlagen umfänglich eingegangen. Für beide Softwarelösungen wird die Vorgehensweise der Implementierung schrittweise erklärt und die enthaltenen Funktionen dargelegt. Zudem wird die Integration der Analysetools in die vom Studienprojekt „ModellBahn“ entwickelte Software namens „PULTrack“ ausführlich beschrieben, und mögliche Anpassungen und Optimierungen dieser erwähnt.Item Open Access Dynamic workload balancing for heterogeneous systems(2020) Strack, AlexanderDuring the last two decades, GPUs developed into powerful and massively parallel processors. That rose the attention of scientist who started using GPUs for large scale scientific computing, e.g. simulations. However, the architecture of GPUs is different from CPUs. Furthermore, graphic processors have their now fast access memory. Computing in a heterogeneous system consisting of a CPU and multiple GPUs has various challenges. In this work, we focus on how to distribute the load among the different components. We consider an iterative load that can be redistributed after each iteration. The goal of our scheduling methods is to minimise the computation time of the next iteration by estimating the performance of each component. After a short introduction to load balancing, we specify the iterative workload scenario and differentiate it from the typical task-based scenario often found in the literature. Then, we show the basics of GPU programming with the help of NVIDIAs CUDA API. Furthermore, we introduce the different kernels we use for our test and derive multiple schedulers. Our dynamic schedulers use the time each component took to compute its assigned workload in the last iteration as a basis of the performance estimation. After investigating the influence of previous run-time data on the scheduling decisions, we turn our attention towards the properties of the workloads and therefore compare different types of memory management.Item Open Access Design und Entwicklung geeigneter Visualisierungen für Feinstaub-Sensordaten(2020) Reuter, AnneObwohl Luftverschmutzung durch Feinstaub eine große Gefahr für die menschliche Gesundheit darstellt, gibt es für diese Thematik noch kein ausgeprägtes Bewusstsein in der deutschen Bevölkerung. In den letzten Jahren gab es vermehrt Projekte und Initiativen, die verfügbare Messdaten aufbereiten, hauptsächlich in Form von Web-Karten und Apps. Eines davon ist das Projekt luftdaten.info des Stuttgarter OK Labs, das zusätzlich Anleitungen zum Eigenbau von Messstationen anbietet und mithilfe dieser Daten stellenweise ein bereits sehr engmaschiges Messnetz aufgebaut hat. Web- und Smartphone-Applikationen benötigen jedoch eine Form der Interaktion, die ein Informationsbedürfnis voraussetzt, das womöglich noch gar nicht gegeben ist. In dieser Arbeit soll deswegen die Möglichkeit eines kleinen Feinstaub-Monitors untersucht werden, der ähnlich einer Wetterstation in der Wohnung aufgestellt wird und durch die dauerhafte Präsenz tiefergehend für Feinstaub sensibilisiert. Dafür wurde eine Visualisierung entwickelt, die auf einen Blick alle wichtigen aktuellen Werte bereitstellt, als auch Verläufe unterschiedlicher Granularitäten und Vergleichswerte aus der Umgebung darstellt. Diese Visualisierung wird auf einem, aus preisgünstiger Hardware zusammengebauten, Monitor angezeigt und mit Daten aus einer lokalen Datenbank befüllt, die alle benötigten Werte aus den Schnittstellen von luftdaten.info abfragt und speichert. Dieser Monitor wurde im Zuge einer kleinen Pilotstudie in einem Haushalt aufgestellt, um die Verwendung und die entwickelte Visualisierung zu evaluieren.Item Open Access Evaluation of complex typological universals with language vectors and real-valued logics(2020) Dönicke, TillmannLanguage representations and typological universals have received increasing attention in computational linguistics over the past few years. Most approaches make use of binary language vectors from typological databases and/or focus on the correlation of only two typological variables at the same time. This thesis shows that real-valued logics can be used to evaluate even more complex formulae, as they are formulated by typologists, on continuous vectors from existing corpora. Syntactic language vectors are extracted from the Universal Dependencies treebanks (Nivre et al., 2016) and serve as the basis for the evaluation of word-order universals.Item Open Access Enabling multi-tenant scalable IoT platforms(2020) Ismaiel, MuhammadInternet of Things (IoT) platforms have multi-layer architectures that facilitate the provisioning, automation of connected devices, and monitoring. These platforms simplify development because they solve a lot of the problems and complexities in building an IoT application. IoT platforms are typically central components with many heterogeneous users, which leads to the effect that these platforms are essential for IoT scenarios and must not become a single point of failure. Furthermore, since many users access these platforms, scalability and multi-tenancy are crucial. The scalability of IoT platforms makes user applications stable and more comfortable to extend. In contrast, the multi-tenancy trait allows multiple tenants to access user applications at the same time. In this thesis, we examine every software stack layer of an IoT platform and explain different methods to make each layer scalable. Enabling multi-tenancy at the application layer and attaining scalability of message brokers, databases, the middleware as a whole, network layer, and device layer are the primary tasks for enabling multi-tenant scalable IoT platforms. To provide a solution to these tasks, we go through the research work already done in the area of scalability and multi-tenancy. We address multiple solutions for each task and also provide the best suitable solution for each task at the corresponding layer of an IoT platform.Item Open Access Entwicklung und Implementierung von Analysemethoden zur Einzelfehlerdetektion in Verbindung mit Deep Learning und Machine Learning(2020) Pavlovski, AlexanderIn Deutschland beförderte die Deutsche Bahn AG 148 Millionen Fahrgäste und erreichte eine Gesamtbetriebsleistung von 1,09 Milliarden Trassenkilometern. Die Fahrgastanzahl stieg hier um 4% im Vergleich zum Vorjahr [1]. Dieser Trend lässt vermuten, dass in den kommenden Jahren der Zugverkehr weiter zunehmen wird, so auch aber auch die Belastung der Schienenwege. Aus diesem Grund ist es maßgeblich die Instandhaltung dieser weiter zu verbessern, um einen reibungslosen Schienenverkehr zu gewährleisten. Dazu existiert die Möglichkeit die Vertikalbewegung bzw. Vertikalbeschleunigung der Achse eines Zuges auf dem Gleis zu messen und darauf Fehler zu erkennen. Damit der Prozess der Fehlererkennung aus dem Signal vereinfacht wird, beauftragte das Institut für Eisenbahn- und Verkehrswesen im Sommersemester 2019 an der Universität Stuttgart, über das Studienprojekt der Fakultät Informatik, acht Studenten damit, eine Software zu entwickeln, die diesem Problem abhilft. Das Ergebnis ist die Software PUL-Anfahr, welche aus zwei Prozessabläufen besteht: Aufbereitung und Analyse der Messdaten. In dem Analyseteil geschieht die tatsächliche Fehlererkennung. Jede Gleisinstabilität folgt einem bestimmten Muster im Signal. Jedes dieser Fehlermuster gilt es zu erkennen. Insbesondere hatten Machine Learning Algorithmen, ein Teilbereich der Künstlichen Intelligenz, in den letzten Jahren starke Fortschritte im Themengebiet Mustererkennung zu verzeichnen. Somit bietet es sich an solche Algorithmen in PUL-Anfahr zu integrieren, die in dieser Bachelorarbeit implementiert und erörtert werden.Item Open Access A meta-approach to guide architectural refactoring from monolithic applications to microservices(2020) Gu, QiwenThe concept of microservices in the software development industry is getting growing attention nowadays. This architectural style is widely discussed both in industry and academia. Refactoring a monolithic application into a microservice application is common practice. Nevertheless, software architects and developers often find it di cult because they lack a structured overview of various migration approaches. Even though literature views about microservice migration were conducted, they were either obsolete or did not follow a systematic approach to ensure correctness and reproducibility of results. The goal of this study is to provide a classification framework as well as a web-based tool that can guide software architects and developers to comprehend up-to-date migration approaches and select a suitable one according to their requirements. In order to achieve this, a systematic literature review was conducted, resulting in thirty-one contributions from 2017 to 2020. Next, a web-based tool was developed based on the knowledge repository created after review. An evaluation of the developed tool by experts and students in the field revealed that it was able to serve the predefined purpose. The proposed framework, as well as the web-based tool, can provide the users a comprehensive overview of microservice migration and various practical approaches. Keywords: Microservices, Monolith Migration, Architectural Refactoring, Microservice Migration Framework