05 Fakultät Informatik, Elektrotechnik und Informationstechnik
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Item Open Access MapReduce to couple a bio-mechanical and a systems-biological simulation(2014) Gessler, AlexanderRecently, workflow technology has fostered the hope of the scientific community in that they could help complex scientific simulations to become easier to implement and maintain. The subject of this thesis is an existing workflow for a multi-scalar simulation which calculates the flux of porous mass in human bones. The simulation consists of separate systems-biological and bio-mechanical simulation steps coupled through additional data processing steps. The workflow exhibits a high potential for parallelism which is only used to a marginal degree. Thus we investigate whether "Big Data" concepts such as MapReduce or NoSQL can be integrated into the workflow. A prototype of the workflow is developed using the Apache Hadoop ecosystem to parallelize the simulation and this prototype compared against a hand-parallelized baseline prototype in terms of performance and scalability. NoSQL concepts for storing inputs and results are utilized with an emphasis on HDFS, the Hadoop File System, as a schemaless distributed file system and MySQL Cluster as an intermediary between a classic database system and a NoSQL system. Lastly, the MapReduce-based prototype is implemented in the WS-BPEL workflow language using the SIMPL[RRS+11] framework and a customWeb Service to access Hadoop functionality. We show the simplicity of the resulting workflow model and argue that the approach greatly decreases implementation effort and at the same time enables simulations to scale to very large data volumes at ease.Item Open Access Vertrauen jenseits Datenschutz und Datensicherheit(2014) Aukschlat, MarkSmartphones sind zu einem festen Bestandteil des heutigen Lebens geworden. Besonders auf Grund der breit gefächerten Möglichkeiten durch Software von Drittanbietern, sogenannte Applikationen oder Apps erfreuen sie sich großer Beliebtheit. Doch neben ihrem Nutzen bringen die Apps auch Probleme mit sich, da jeder sie erstellen kann. Manche Apps bieten nur eine mangelhafte Funktionalität, andere richten Schaden an oder stehlen die privaten Daten des Benutzers. Bevor eine App installiert wird, sollte man sich die Frage stellen, ob man dieser App überhaupt vertraut. Dazu wird in dieser Arbeit ergründet, was es bedeutet einer App zu vertrauen. Es werden bereits bestehende Vertrauenssysteme sowie Metriken betrachtet und mit der TriMetrik eine eigene Metrik für das Vertrauen in eine App aufgestellt. Mit TriTrust werden zudem Konzept zur Umsetzung dieser Metrik vorgestellt.Item Open Access Der PMP Gatekeeper(2014) Salsa, DianaMobile Endgeräte speichern heutzutage eine große Menge persönlicher Informationen. Verschiedene Betriebssysteme erlauben ein unterschiedliches Maß an Einflussnahme, wobei Android einen großen Teil der Verantwortung an den Anwender abgibt. Das Berechtigungsmanagement des Android-Betriebssystems wird den Anforderungen an Sicherheit und Datenschutz allerdings nicht gerecht. Anwender haben keine Kontrolle darüber, was installierte Apps mit ihren Daten machen. Die Privacy Management Platform (PMP) ermöglicht eine flexible Steuerung der Berechtigungen kompatibler Apps, jedoch werden klassische Apps entweder ignoriert oder vollständig blockiert. Im Rahmen dieser Arbeit werden verschiedene alternative Berechtigungssysteme analysiert und darauf basierend mögliche Konzepte für die Entwicklung einer "Gatekeeper"-Komponente für die PMP diskutiert. Diese soll dem Anwender ermöglichen, selbst festzulegen, welche Berechtigungen klassischer Apps erlaubt bzw. blockiert werden sollen. Der Gatekeeper wird als Teil der bereits vorhandenen PMP prototypisch implementiert.Item Open Access Vom Bedarf zur fertigen App(2014) Baldini, VincenzoIn dieser Arbeit wird der Entwicklungsprozess für Windows 8 Apps betrachtet. Beginnend bei der Einführung in das Betriebssystem Windows 8 und weiterführend in die Entwicklungsumgebung und deren Feinheiten. Anschließend folgt die Erstellung eines Kriterienkatalogs, der einen holistischen Entwicklungsprozess für Windows 8 Apps un-terstützt und während der Entwicklung begleitet. Neben dem Entwicklungsprozess wird auch das Deployment über den Windows Store und den internen Gebrauch als Bran-chen App betrachtet. Es folgt eine Evaluierung dieses Kriterienkatalogs anhand einer für diesen Zweck entwickelte App. Es wurde vorrangig die Entwickler Website von Microsoft als direkte Quelle verwendet, umso, Zweitmeinungen zu vermeiden. Die Evaluierung des Kriterienkatalogs anhand der entwickelten App zeigte, dass dieser als Grundlagen Checkliste und Leitfaden sehr gute Ergebnisse erzielt. Mit dieser Erkenntnis kann der Kriterienkatalog für Einsteiger in die Windows 8 App Programmierung effizient genutzt werden und unterstützt den Entwickler begleitend durch den Entwicklungsprozess von Windows 8 Apps.Item Open Access Integrating storage components to control event-rates in SDN-based content routing networks(2014) Kutzleb, AndréSoftware-defined Networking (SDN) makes it possible to build content-based routing systems which achieve line-rate performance. As recent work has shown, a content-based publish/subscribe system can be built using SDN-switches instead of software-based brokers found in traditional publish/subscribe systems to forward events. These switches provide content-based routing just like the brokers in traditional publish/subscribe systems, however, they are operating on hardware and simply forward events according to their forwarding tables. While this eliminates the need for a network of software-based brokers and results in a significant performance boost, it also requires solutions for problems not existing or already solved in broker-based publish/subscribe systems. One of these problems is the control of event rates. While content producers (publishers) in traditional publish/subscribe systems depend on brokers to forward their events, in a SDN-based system a publisher can simply publish at line-rate with no broker as intermediary to control the event rate - the switches will simply forward any event to the content consumers (subscribers) at a rate limited only by the forwarding capability of their hardware. Because of this lack of any kind of rate control, an additional mechanism is necessary in order to avoid the overload of subscribers. This thesis provides a solution to this problem by placing event caches in the network which temporarily buffer events whenever a subscriber is overloaded and retransmit them at a controlled rate once it is possible to do so without overloading the subscriber. Additionally, an algorithm for finding good positions in the network to place caches at is proposed. Evaluations of this caching mechanism show the feasibility of this approach for controlling event rates. These evaluations show that in some situations a reduction in event loss of more than 99.7\% has been achieved with the introduction of caches.Item Open Access Automatisiertes Testen und Analyse einer Pick'n'Place-Anwendung am Beispiel des PR-2-Roboters(2014) Wabersich, Kim PeterEs wurde ein generisches Konzept zum automatisierten Testen und Optimieren von Roboterapplikationen auf Basis von ROS (Robot Operating System) vorgestellt und implementiert. Dieses basiert auf einem "state-of-the-art" Optimierungsverfahren, welches es zusammen mit dem modularen Konzept der Bewertungsfunktion erlaubt, nach einer abgeschlossenen Optimierung weitere Analysen anhand des bestehenden Datensatzes durchzuführen. Datensätze von Optimierungen innerhalb eines Testszenarios können überdies zusammengeführt und als Basis für eine neue Optimierung bzgl. einer anderen Bewertungsfunktion verwendet werden. Außerdem ist es möglich, mehrere Komponenten eines Systems in eine rekursive Optimierungskette anzuordnen und mittels einer MINIMAX Optimierungsstrategie konkurrierend zu testen und gleichzeitig zu optimieren. Es wurde eine einfache Pick'n'Place Applikation auf Basis von MoveIt! zusammen mit dem AR-Track-Alvar Modul für die Objekt- und Zielerkennung implementiert. Zusammen dem entwickelten Test- und Optimierungssystem wurden Aspekte der Objekterkennung, Umgebungswahrnehmung sowie Handlungsplanung und Aktionsausführung automatisiert getestet. Daraus hat sich unter Anderem ergeben, dass MoveIt! insbesondere Schwächen gegenüber der Umgebungswahrnehmung aufweist. Darüber hinaus wurde auf Basis des Testsystems eine automatisierte Wahl der verfügbaren Planungsalgorithmen in der Standardkonfiguration von MoveIt! durchgeführt.Item Open Access Elastic control of content-routing in OpenFlow(2014) Kicherer, AlexanderPublish/subscribe systems are an essential part of many distributed systems for their components (publishers and subscribers) to communicate with each other. The use of content-based routing for more efficient bandwidth usage and to decrease the usage of other resources, led to systems developed are fairly efficient and fast for their architecture of creating an overlay network. With the use of Software-defined Networking (SDN) and in-network filtering by its usage, the event forwarding efficiency and delays of publish/subscribe systems were further improved. Event forwarding in SDN based publish/subscribe systems using in-network filtering is already very good, but the processing of requests like (un)advertisements and (un)subscriptions needs to be scalable, too. In the current implementation requests are handled in a sequential manner, which is not scalable at all. This thesis proposes a way to handle the computational part of request processing in a parallelised way with little computational overhead by taking advantage of the independency of the partitions of the event space and the corresponding data used for computation as well as resulting flow rule changes. By this the average waiting time until a request is processed is to be decreased and the general throughput of requests per time is to be increased. This goal is reached by independent computing of request parts based on partitions created by spatial indexing. The evaluation was done with a multithreaded solution to show the impact of parallel computation of changes of flow rules on switches. The proposed approach to process requests in parallel shows the average waiting time of requests to drop up to to one fourth when using four threads on a machine with four cores to compute requests in parallel. This shows the possibility of large performance gains by parallelising request processing the proposed way.Item Open Access Increasing the bandwidth efficiency of content-based routing in software-defined networks(2014) Grunert, JonasContent-based routing systems such as publish/subscribe (pub/sub) have become an important model for distributed systems with loosely coupled participants. Usually publish/subscribe systems are realized by overlay networks where dissemination and filtering of information is done in the application layer, which causes significant delay. The emergence of software-defined networking (SDN), where switches with programmable TCAM memory allow dynamic configuration of networks, has opened new opportunities in realizing dynamic logic inside the network. Current publications have presented realizations of pub/sub systems based on SDN. In these systems the information filtering is not done in the application layer but directly inside the network by switches. This allows event filtering with low delay and line-rate performance. However, SDN-based pub/sub systems are limited by the available resources. The TCAM memory of the switches, containing the forwarding rules, is very cost-intensive and hence the maximum number of rules and their complexity is limited. In order to provide bandwidthefficient content-based routing it is necessary to use a large number of complex forwarding rules. Therefore the limitation of resources causes a drop of the routing quality and less bandwidth-efficient routing. In this thesis, approaches to increase bandwidth-efficiency in the context of limited resources are proposed. To achieve efficient routing, the precision of in-network filtering must be high to avoid unnecessarily disseminated information, so-called false positives, which cause higher network utilization. This thesis proposes and evaluates two approaches to increase the efficiency of in-network filtering: Selection of more important information to be used for filtering and improvement of the filtering itself. Several algorithms to rate the importance of information are proposed and evaluated. Furthermore, ways to combine the selection of information and the improved filtering are shown. Our results show that the developed approaches can strongly reduce the number of false positives. The combination of best performing approaches can reduce the number of false positives by up to 75% and thereby increase the bandwidth efficiency significantly.Item Open Access Effiziente verteilte Hierarchisierung und Dehierarchisierung auf vollen Gittern(2014) Butz, PhilippIn vielen wissenschaftlichen Bereichen werden numerische Verfahren für komplexe Simulationen eingesetzt. Diese basieren auf beliebig dimensionalen numerischen Gleichungen, welche beispielsweise für die Simulation von Aktienmärkten mehrere 100 Dimensionen umfassen können. Auf Grund der Größe der Gitter liegen die Daten meist verteilt vor. Die vollen Gitter für die Lösung dieser höher dimensionalen Probleme unterliegen dem Fluch der Dimensionalität. Ein Ansatz, um dem entgegen zu wirken, sind dünne Gitter, welche auf hierarchischen Basen basieren. Diese Arbeit widmet sich insbesondere der Problematik der verteilten Gitter, wobei die verteilte Transformation der nodalen in die hierarchische Basis thematisiert wird.Item Open Access Die Peano-Kurve für Dünngitterhierarchisierung mit raumfüllenden Kurven(2014) Schneider, MarcelÜbliche Gitteransätze zur Diskretisierung von Räumen leiden an einem exponentiellen Anstieg der Anzahl Freiheitsgrade mit der Dimensionszahl und sind deshalb nicht für höherdimensionale Probleme geeignet. Einen Ausweg bieten dünne Gitter, die deutlich weniger Freiheitsgrade benötigen. Allerdings ist die Struktur der dünnen Gitter komplexer, was praktisch zu Problemen der Cache-Ausnutzung führt: bei der Dünngittertraversierung können viele Speicherzugriffe nicht aus Cache-Speichern bedient werden. In dieser Arbeit werden raumfüllende Kurven benutzt, um eine Operation auf dünnen Gittern, die Hierarchisierung, Cache-effizient durchzuführen. Dazu wird ein Stack & Stream Verfahren vorgestellt, das als alleinige Datenstruktur Stacks verwendet und so Cache-Effizienz garantiert, ohne das spezifische Annahmen über die Cache-Struktur gemacht werden müssen.