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 Concept and implementation of digital beacons(2015) Chughtai, Muhammad BilalItem Open Access Modeling the interface between morphology and syntax in data-driven dependency parsing(2016) Seeker, Wolfgang; Kuhn, Jonas (Prof. Dr.)When people formulate sentences in a language, they follow a set of rules specific to that language that defines how words must be put together in order to express the intended meaning. These rules are called the grammar of the language. Languages have essentially two ways of encoding grammatical information: word order or word form. English uses primarily word order to encode different meanings, but many other languages change the form of the words themselves to express their grammatical function in the sentence. These languages are commonly subsumed under the term morphologically rich languages. Parsing is the automatic process for predicting the grammatical structure of a sentence. Since grammatical structure guides the way we understand sentences, parsing is a key component in computer programs that try to automatically understand what people say and write. This dissertation is about parsing and specifically about parsing languages with a rich morphology, which encode grammatical information in the form of words. Today’s parsing models for automatic parsing were developed for English and achieve good results on this language. However, when applied to other languages, a significant drop in performance is usually observed. The standard model for parsing is a pipeline model that separates the parsing process into different steps, in particular it separates the morphological analysis, i.e. the analysis of word forms, from the actual parsing step. This dissertation argues that this separation is one of the reasons for the performance drop of standard parsers when applied to other languages than English. An analysis is presented that exposes the connection between the morphological system of a language and the errors of a standard parsing model. In a second series of experiments, we show that knowledge about the syntactic structure of sentence can support the prediction of morphological information. We then argue for an alternative approach that models morphological analysis and syntactic analysis jointly instead of separating them. We support this argumentation with empirical evidence by implementing two parsers that model the relationship between morphology and syntax in two different but complementary ways.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 Enhancing the visual output of smart watches using garment-based displays(2015) Ogando, SophieIn the last few years, smartwatches started to become popular. Many large-scale manufacturers have begun releasing their smartwatches. Despite this fact smartwatches still have constraints, that limit their usage. The biggest constraint of smartwatches is the small screen size, which restricts input and output capabilities. This work focuses on enhancing the output capabilities of smartwatches using garment-based displays. Current research suggests that garment-based displays will become feasible in the near future. This would enable the possibility to utilize garment-based displays as an extension for the smartwatch screen. Considering that there are many possible positions on the body for a garment-based display, we explored the users’ location preferences for body-attached displays. Since a low-resolution display prototype was built to simulate a garment-based display, we also explored users’ preferences for visualizing information on low-resolution displays. One common use-case for smartwatches that is limited by the screen size is the interaction with maps. As this work focuses on enhancing the output capabilities of the smartwatch, a new off-screen visualization technique using the display prototype is proposed as a way to minimize this limitation. We then implemented the off-screen visualization technique and conducted a user study in which we compared our approach to two known off-screen visualization techniques.Item Open Access Partnerübergreifende Geschäftsprozesse und ihre Realisierung in BPEL(2016) Kopp, Oliver; Leymann, Frank (Prof. Dr. Dr. h. c.)Diese Arbeit beschäftigt sich mit Geschäftsprozessen, die die Grenzen von Organisationen überspannen. Solche Geschäftsprozesse werden Choreographien genannt. In der Arbeit wird die CREAM-Methode vorgestellt, die zeigt, wie Choreographien modelliert werden können. Im Gegensatz zu Choreographien bezeichnen Orchestrierungen ausführbare Geschäftsprozesse einer einzelnen Organisation, die Dienste nutzen, um ein Geschäftsziel zu erreichen. Eine Variante der CREAM-Methode erlaubt, von einer Orchestrierung durch Aufteilung der Orchestrierung eine Choreographie zu erhalten. Um hierbei die impliziten orchestrierungsinternen Datenabhängigkeiten in Nachrichtenaustausche zu transformieren, wird der explizite Datenfluss der Orchestrierung benötigt. Die Web Services Business Process Execution Language (BPEL) ist eine verbreitete Sprache zur Modellierung von Geschäftsprozessen. In ihr wird der Datenfluss implizit modelliert und somit wird ein Verfahren benötigt, das den expliziten Datenfluss bestimmt. In dieser Arbeit wird ein solches Verfahren vorgestellt. Um eine Choreographie zu modellieren, wird eine Choreographiesprache benötigt. Zur Identifikation einer geeigneten Sprache werden in dieser Arbeit Kriterien zur Evaluation von Choreographiesprachen vorgestellt und damit Choreographiesprachen im Web-Service-Umfeld bewertet. Da keine der betrachteten Sprachen alle Kriterien erfüllt, wird die Sprache BPEL4Chor vorgestellt, die alle Kriterien erfüllt. Um die wohldefinierte Ausführungssemantik von BPEL wiederzuverwenden, verwendet BPEL4Chor die Sprache BPEL als Beschreibungssprache des Verhaltens jedes Teilnehmers in der Choreographie. BPEL4Chor verwendet analog zu BPEL XML als Serialisierungsformat und spezifiziert keine eigene graphische Repräsentation. Die Business Process Modeling Notation (BPMN) ist der de-facto Standard, um Geschäftsprozesse graphisch darzustellen. Deshalb wird in dieser Arbeit BPMN so erweitert, dass alle in BPEL4Chor verfügbaren Konstrukte mittels BPMN modelliert werden können.Item Open Access Visual Analytics im Kontext der Daten- und Analysequalität am Beispiel von Data Mashups(2016) Behringer, MichaelViele Prozesse und Geschäftsmodelle der Gegenwart basieren auf der Auswertung von Daten. Durch Fortschritte in der Speichertechnologie und Vernetzung ist die Akquisition von Daten heute sehr einfach und wird umfassend genutzt. Das weltweit vorhandene Datenvolumen steigt exponentiell und sorgt für eine zunehmende Komplexität der Analyse. In den letzten Jahren fällt in diesem Zusammenhang öfter der Begriff Visual Analytics. Dieses Forschungsgebiet kombiniert visuelle und automatische Verfahren zur Datenanalyse. Im Rahmen dieser Arbeit werden die Verwendung und die Ziele von Visual Analytics evaluiert und eine neue umfassendere Definition entwickelt. Aus dieser wird eine Erweiterung des Knowledge Discovery-Prozesses abgeleitet und verschiedene Ansätze bewertet. Um die Unterschiede zwischen Data Mining, der Visualisierung und Visual Analytics zu verdeutlichen, werden diese Themengebiete gegenübergestellt und in einem Ordnungsrahmen hinsichtlich verschiedener Dimensionen klassifiziert. Zusätzlich wird untersucht, inwiefern dieser neue Ansatz im Hinblick auf Daten- und Analysequalität eingesetzt werden kann. Abschließend wird auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse eine prototypische Implementierung auf Basis von FlexMash, einem an der Universität Stuttgart entwickelten Data Mashup-Werkzeug, beschrieben. Data Mashups vereinfachen die Einbindung von Anwendern ohne technischen Hintergrund und harmonieren daher ausgezeichnet mit Visual Analytics.Item Open Access Robust Quasi-Newton methods for partitioned fluid-structure simulations(2015) Scheufele, KlaudiusIn recent years, quasi-Newton schemes have proven to be a robust and efficient way for the coupling of partitioned multi-physics simulations in particular for fluid-structure interaction. The focus of this work is put on the coupling of partitioned fluid-structure interaction, where minimal interface requirements are assumed for the respective field solvers, thus treated as black box solvers. The coupling is done through communication of boundary values between the solvers. In this thesis a new quasi-Newton variant (IQN-IMVJ) based on a multi-vector update is investigated in combination with serial and parallel coupling systems. Due to implicit incorporation of passed information within the Jacobian update it renders the problem dependent parameter of retained previous time steps unnecessary. Besides, a whole range of coupling schemes are categorized and compared comprehensively with respect to robustness, convergence behaviour and complexity. Those coupling algorithms differ in the structure of the coupling, i.\,e., serial or parallel execution of the field solvers and the used quasi-Newton methods. A more in-depth analysis for a choice of coupling schemes is conducted for a set of strongly coupled FSI benchmark problems, using the in-house coupling library preCICE. The superior convergence behaviour and robust nature of the IQN-IMVJ method compared to well known state of the art methods such as the IQN-ILS method, is demonstrated here. It is confirmed that the multi-vector method works optimal without the need of tuning problem dependent parameters in advance. Furthermore, it appears to be especially suitable in conjunction with the parallel coupling system, in that it yields fairly similar results for parallel and serial coupling. Although we focus on FSI simulation, the considered coupling schemes are supposed to be equally applicable to various kinds of different volume- or surface-coupled problems.Item Open Access Aufwandsschätzung bei Geschäftsprozessmodellerstellung(2015) Milutinovic, AleksandarGeschäftsprozessmanagement-Projekte im Allgemeinen und Modellierungsprojekte im Speziellen besitzen noch keine angewandte und wissenschaftlich gestützte und untersuchte Methode zur Aufwandsschätzung. Insbesondere gibt es für die Phase der Modellerstellung innerhalb des Geschäftsprozessmanagement-Lebenszyklus keine Aufwandsschätzungen, während der Bereich der Implementierung von Geschäftsprozessmodellen erste Ansätze zu Aufwandschätzungen in der Literatur aufzeigt. Diese Arbeit gibt einen Überblick über Schätzmethoden, den aktuellen Stand der Literatur aus angrenzenden und entfernten Forschungsfeldern und entwickelt basierend darauf eine Methode namens BPM COCOMO zur Aufwandsschätzung bei der Erstellung von Geschäftsprozessmodellen. Es wird eine Adaption von COCOMO vorgenommen und eine weitere Untersuchung und Validierung dieses Modells vorgeschlagen. Keywords: geschäftsprozessmodellierung, aufwandsschätzung, gpm, bpm, bpmn, function point, cocomo, modellierung, aufwand, kosten