Universität Stuttgart
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Item Open Access Automated composition of adaptive pervasive applications in heterogeneous environments(2012) Schuhmann, Stephan Andreas; Rothermel, Kurt (Prof. Dr. rer. nat. Dr. h. c.)Distributed applications for Pervasive Computing represent a research area of high interest. Configuration processes are needed before the application execution to find a composition of components that provides the required functionality. As dynamic pervasive environments and device failures may yield unavailability of arbitrary components and devices at any time, finding and maintaining such a composition represents a nontrivial task. Obviously, many degrees of decentralization and even completely centralized approaches are possible in the calculation of valid configurations, spanning a wide spectrum of possible solutions. As configuration processes produce latencies which are noticed by the application user as undesired waiting times, configurations have to be calculated as fast as possible. While completely distributed configuration is inevitable in infrastructure-less Ad Hoc scenarios, many realistic Pervasive Computing environments are located in heterogeneous environments, where additional computation power of resource-rich devices can be utilized by centralized approaches. However, in case of strongly heterogeneous pervasive environments including several resource-rich and resource-weak devices, both centralized and decentralized approaches may lead to suboptimal results concerning configuration latencies: While the resource-weak devices may be bottlenecks for decentralized configuration, the centralized approach faces the problem of not utilizing parallelism. Most of the conducted projects in Pervasive Computing only focus on one specific type of environment: Either they concentrate on heterogeneous environments, which rely on additional infrastructure devices, leading to inapplicability in infrastructure-less environments. Or they address homogeneous Ad Hoc environments and treat all involved devices as equal, which leads to suboptimal results in case of present resource-rich devices, as their additional computation power is not exploited. Therefore, in this work we propose an advanced comprehensive adaptive approach that particularly focuses on the efficient support of heterogeneous environments, but is also applicable in infrastructure-less homogeneous scenarios. We provide multiple configuration schemes with different degrees of decentralization for distributed applications, optimized for specific scenarios. Our solution is adaptive in a way that the actual scheme is chosen based on the current system environment and calculates application compositions in a resource-aware efficient manner. This ensures high efficiency even in dynamically changing environments. Beyond this, many typical pervasive environments contain a fixed set of applications and devices that are frequently used. In such scenarios, identical resources are part of subsequent configuration calculations. Thus, the involved devices undergo a quite similar configuration process whenever an application is launched. However, starting the configuration from scratch every time not only consumes a lot of time, but also increases communication overhead and energy consumption of the involved devices. Therefore, our solution integrates the results from previous configurations to reduce the severity of the configuration problem in dynamic scenarios. We prove in prototypical real-world evaluations as well as by simulation and emulation that our comprehensive approach provides efficient automated configuration in the complete spectrum of possible application scenarios. This extensive functionality has not been achieved by related projects yet. Thus, our work supplies a significant contribution towards seamless application configuration in Pervasive Computing.Item Open Access Visualization challenges in distributed heterogeneous computing environments(2015) Panagiotidis, Alexandros; Ertl, Thomas (Prof. Dr.)Large-scale computing environments are important for many aspects of modern life. They drive scientific research in biology and physics, facilitate industrial rapid prototyping, and provide information relevant to everyday life such as weather forecasts. Their computational power grows steadily to provide faster response times and to satisfy the demand for higher complexity in simulation models as well as more details and higher resolutions in visualizations. For some years now, the prevailing trend for these large systems is the utilization of additional processors, like graphics processing units. These heterogeneous systems, that employ more than one kind of processor, are becoming increasingly widespread since they provide many benefits, like higher performance or increased energy efficiency. At the same time, they are more challenging and complex to use because the various processing units differ in their architecture and programming model. This heterogeneity is often addressed by abstraction but existing approaches often entail restrictions or are not universally applicable. As these systems also grow in size and complexity, they become more prone to errors and failures. Therefore, developers and users become more interested in resilience besides traditional aspects, like performance and usability. While fault tolerance is well researched in general, it is mostly dismissed in distributed visualization or not adapted to its special requirements. Finally, analysis and tuning of these systems and their software is required to assess their status and to improve their performance. The available tools and methods to capture and evaluate the necessary information are often isolated from the context or not designed for interactive use cases. These problems are amplified in heterogeneous computing environments, since more data is available and required for the analysis. Additionally, real-time feedback is required in distributed visualization to correlate user interactions to performance characteristics and to decide on the validity and correctness of the data and its visualization. This thesis presents contributions to all of these aspects. Two approaches to abstraction are explored for general purpose computing on graphics processing units and visualization in heterogeneous computing environments. The first approach hides details of different processing units and allows using them in a unified manner. The second approach employs per-pixel linked lists as a generic framework for compositing and simplifying order-independent transparency for distributed visualization. Traditional methods for fault tolerance in high performance computing systems are discussed in the context of distributed visualization. On this basis, strategies for fault-tolerant distributed visualization are derived and organized in a taxonomy. Example implementations of these strategies, their trade-offs, and resulting implications are discussed. For analysis, local graph exploration and tuning of volume visualization are evaluated. Challenges in dense graphs like visual clutter, ambiguity, and inclusion of additional attributes are tackled in node-link diagrams using a lens metaphor as well as supplementary views. An exploratory approach for performance analysis and tuning of parallel volume visualization on a large, high-resolution display is evaluated. This thesis takes a broader look at the issues of distributed visualization on large displays and heterogeneous computing environments for the first time. While the presented approaches all solve individual challenges and are successfully employed in this context, their joint utility form a solid basis for future research in this young field. In its entirety, this thesis presents building blocks for robust distributed visualization on current and future heterogeneous visualization environments.Item Open Access Referenzmodell zur zielgruppenspezifischen Entwicklung einer webbasierten Informationsplattform für den technischen Vertrieb(2012) Kett, Holger; Spath, Dieter (Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h)In Deutschland werden jährlich Waren im Wert von 175 Mrd. Euro über Handelsvertretungen und vermittlungen vertrieben, die Unternehmen als eigenständige Vertriebspartner beim Marketing und Vertrieb ihrer Produkte und Dienstleistungen unterstützen. 66 Prozent dieser Umsätze sind dem verarbeitenden Gewerbe zuzurechnen. Durchschnittlich vertreten diese eigenständigen Organisationen sechs Herstellerunternehmen. Um diesen Vertriebsweg zu etablieren, müssen Handelsvertretungen und vermittlungen in die Prozesse des zu vertretenden, produzierenden Unternehmens integriert werden. Bei den Handelsvertretern und vermittlern handelt es sich überwiegend um kleine Unternehmen (87 Prozent der Handelsvertretungen beschäftigen nur bis zu sechs Mitarbeiter), die je nach Wirtschaftsbereich, in dem sie tätig sind, unterschiedliche Anforderungen an die IT-Unterstützung stellen. Aktuell existieren keine geeigneten IT-Lösungen, die auf die Bedürfnisse dieser kleinen Gewerbebetriebe zugeschnitten sind und deren wesentlichen Anforderungen abdecken. Auf dem Konzept Software-as-a-Service (SaaS) basierende Lösungen, wie z. B. webbasierte Informationsplattformen, eröffnen völlig neue Möglichkeiten, da sie den Aufwand für Betrieb und Wartung von IT-Anwendungen bei Herstellern reduzieren helfen. Sie ermöglichen eine flexiblere Nutzung der IT-Infrastruktur und bieten u. a. den Vorteil, dass nur die tatsächlich in Anspruch genommenen Leistungen abgerechnet werden. Die vorliegende Arbeit verfolgt das Ziel, die zielgruppenspezifische Entwicklung webbasierter Lösungen als elektronische Dienstleistung für Handelsvertreter, -vermittler und produzierende Unternehmen methodisch zu unterstützen. Hierfür ist ein interdisziplinäres Vorgehen notwendig, bei dem zu Beginn die Erarbeitung des Dienstleistungsangebots für produzierende Unternehmen und deren Handelsvertreter und -vermittler im Mittelpunkt steht (Sicht 1). Anschließend erfolgt die Konkretisierung des Dienstleistungsangebots in Form eines fachlichen Konzepts (Sicht 2), sodass daraus ein dienstbasiertes IT-Konzept abgeleitet (Sicht 3), softwaretechnisch umgesetzt (Sicht 4) und in Betrieb genommen (Sicht 5) werden kann. Eine durchgehend modellbasierte Entwicklung der webbasierten Lösung erhöht die Transparenz zwischen den genannten Sichten und der dafür erarbeiteten Modelle und steigert die Wiederverwendbarkeit entwickelter Dienste. Ganzheitliche Vorgehensweisen zur modellbasierten Entwicklung elektronischer Dienste existieren in dieser Form bisher nicht. Ebenso konnten keine anwendbaren Metamodelle zur Modellierung von Dienstleistungsangeboten und der zugrundeliegenden Geschäftsmodelle identifiziert werden. Zur Lösung dieses Defizits stellt die Arbeit ein Referenzmodell vor, das IT-Anbieter bei der zielgruppenspezifischen Entwicklung webbasierter Informationsplattformen für Handelsvertretungen, -vermittlungen und deren zu vertretenen Hersteller im technischen Vertrieb unterstützt. Die Grundlage für das Referenzmodell ist ein Metamodell (Integrated Service Engineering Framework), das auf dem Zachman-Framework aufbaut. Das Metamodell ermöglicht die Zuordnung geeigneter Modelle zu den oben genannten Sichten auf einen elektronischen Dienst in Form einer Matrix. Die Arbeit stellt hierfür geeignete Modelle vor und erstellt ein Referenzmodell für die marktorientierte, zielgruppenspezifische Sicht mit Fokus auf die Dienstleistungsangebote und die zugrunde liegenden Geschäftsmodelle. Das Referenzmodell ermöglicht die Strukturierung wirtschaftlich-strategischer Informationen zu Beginn des Entwicklungsprozesses und ordnet diese Modellen und Informationen nachgelagerten Sichten zu. Um die Anwendung des Referenzmodells zu vereinfachen, wird ein methodisches Vorgehen für dessen Nutzung vorgestellt. Das Referenzmodell wurde in Form eines Eclipse-basierten Editors umgesetzt und mit vier Partnerunternehmen evaluiert. Mithilfe des Referenzmodells für die Geschäftsmodellentwicklung von webbasierten Informationsplattformen für den technischen Vertrieb mit besonderem Schwerpunkt auf Handelsvertretungen, -vermittlungen und Herstellerbetriebe konnten in der Evaluation folgende Nutzen realisiert werden: Die strukturierte Entwicklung eines Geschäftsmodells und die zielgruppenspezifische Ausrichtung einer Informationsplattform mit allen Beteiligten, die Erstellung einer wesentlichen Grundlage und eines Rahmens für die konkrete Planung und Umsetzung der Informationsplattform und eine vereinfachte Prüfung der Frage, inwieweit die Entwicklung und der Betrieb der Informationsplattform für jedes Partnerunternehmen wirtschaftlich interessant sind.Item Open Access Verwaltung von zeitbezogenen Daten und Sensordatenströmen(2013) Hönle, Nicola Anita Margarete; Mitschang, Bernhard (Prof. Dr.-Ing. habil.)Sogenannte ortsbezogene Anwendungen interpretieren die räumliche Position des Benutzers als wichtigste Kontextinformation, um ihr Verhalten darauf abzustimmen. Im Rahmen des Nexus-Projekts (SFB627) werden Konzepte zur Unterstützung ortsbezogener Anwendungen erforschtund die Ergebnisse in der sogenannten Nexus-Plattform integriert. Der Benutzerkontext wird aber auch durch die Zeit beeinflusst, da Zeit ein wesentlicher Bestandteil unseres Lebens ist und so gut wie jede Information einen zeitlichen Bezug hat. Die Integration von Zeit bedeutet eine Erweiterung der Nexus-Plattform von der ortsbezogenen Unterstützung hin zu einem allgemeineren kontextbezogenen System. Da die uneingeschränkte Berücksichtigung von Zeit im allgemeinen Fall ein zu großes Themenfeld ist, wurden im Rahmen einer Use-Case-Analyse Anforderungen identifiziert, die besondere Relevanz für das Nexus-Projekt haben. Diese Anforderungen und ihre Umsetzung werden in der vorliegenden Arbeit beschrieben. Die Speicherung von Zeiträumen und Zeitpunkten basiert auf dem GML-Zeitdatentyp, so dass Zeitwerte im Format des ISO-8601-Standards dargestellt werden. Mit diesem Basisdatentyp sind temporale Attribute im Nexus-Datenmodell definierbar. Für die Formulierung von Anfragen wird das neue Prädikat temporalIntersects eingeführt, mit dem eine beliebige Überschneidung eines temporalen Attributs zu einem vorgegebenen Zeitraum angegeben werden kann. Da jedoch die Anfragekriterien nicht im Vorfeld eingeschränkt werden sollen, werden außerdem die minimal notwendigen temporalen Basisprädikate beschrieben, mit denen alle Relationen der Allen-Intervallalgebra formuliert werden können. Die Gültigkeitszeit gibt an, zu welchen Zeiten ein bestimmter Wert den tatsächlichen Realweltzustand korrekt modelliert. Zur Annotation von Daten mit Gültigkeitszeiten, aber auch mit anderen Metadaten, wird ein allgemeines Metadatenkonzept für das Nexus-Datenmodell beschrieben. Mit Metadaten können dann Gültigkeitszeiten von Objekten und Attributen angegeben und so auf einfache Weise Historien von beliebigen Attributen modelliert werden. Interpolationsfunktionen ermöglichen eine genauere und komprimierte Darstellung von sich häufig ändernden Daten mit kontinuierlichen Werteverläufen wie z.B. Sensordatenhistorien. Deshalb werden die Basisdatentypen für Gleitkommazahlen und räumliche Werte so geändert, dass lineare Interpolationsfunktionen für die kontinuierliche Änderung von Werten über die Zeit modellierbar sind. Zur Speicherung wird die Implementierung eines Historienservers beschrieben, der interpolierbare Basisdatentypen verarbeiten kann. Messwerte von Sensoren bestehen meist aus diskreten (Wert, Zeitpunkt)-Tupeln. Da bei der dauerhaften Speicherung von Sensordaten schnell eine große Menge an Daten anfallen kann, ist es sinnvoll, die Daten vorher zu komprimieren. In dieser Arbeit werden sowohl strombasierte als auch konventionell arbeitende Ansätze für eine Komprimierung von Sensordatenströmen vorgestellt: Einfache Approximationsverfahren und die Approximation durch lineare Ausgleichsrechnung sowie Verfahren zur Polygonzugvereinfachung, aber auch ein kartenbasierter Ansatz speziell für Positionsdaten. Zur Klassifikation der Ansätze werden verschiedene Eigenschaften von Komprimierungsalgorithmen vorgestellt. Für die Alterung von komprimierten Sensordaten wird das neue Konzept der Fehlerbeschränktheit bei Alterung eingeführt. Die Algorithmen werden entsprechend klassifiziert und mit GPS-Testdatensätzen von PKW-Fahrten evaluiert. Die gelungene Integration der Zeitaspekte wird anhand dem Messetagebuch, einer Beispielanwendung zur Aufzeichnung und Auswertung von Benutzeraktivitäten, gezeigt. Ein weiteres Anwendungsbeispiel ist der Einsatz des NexusDS-Datenstrommanagementsystems zur Erfassung, Integration und Historisierung von Datenströmen unterschiedlicher Herkunft in einer sogenannten Smart Factory.Item Open Access 3D visualization of multivariate data(2012) Sanftmann, Harald; Weiskopf, Daniel (Prof. Dr.)Nowadays large amounts of data are organized in tables, especially in relational databases where the rows store the data items to which multiple attributes are stored in the columns. Information stored this way, having multiple (more than two or three) attributes, can be treated as multivariate data. Therefore, visualization methods for multivariate data have a large application area and high potential utility. This thesis focuses on the application of 3D scatter plots for the visualization of multivariate data. When dealing with 3D, spatial perception needs to be exploited, by effectively using depth cues to convey spatial information to the user. To improve the presentation of individual 3D scatter plots, a technique is presented that applies illumination to them, thus using the shape-from-shading depth cue. To enable the analysis not only of 3D but of multivariate data, a novel technique is introduced that allows the navigation between 3D scatter plots. Inspecting the large number of 3D scatter plots that can be projected from a multivariate data set is very time consuming. The analysis of multivariate data can benefit from automatic machine learning approaches. A presented method uses decision trees to increase the speed a user can gain an understanding of the multivariate data at no extra cost. Stereopsis can also support the display of 3D scatter plots. Here an improved anaglyph rendering technique is presented, significantly reducing ghosting artifacts. The technique is not only applicable for information visualization, but for general rendering or to present stereoscopic image data. Some information visualization algorithms require high computation time. Many of these algorithms can be parallelized to run interactively. A framework that supports the parallelization on shared and distributed memory systems is presented.Item Open Access Distributed stream processing in a global sensor grid for scientific simulations(2015) Benzing, Andreas; Rothermel, Kurt (Prof. Dr. rer. nat)With today's large number of sensors available all around the globe, an enormous amount of measurements has become available for integration into applications. Especially scientific simulations of environmental phenomena can greatly benefit from detailed information about the physical world. The problem with integrating data from sensors to simulations is to automate the monitoring of geographical regions for interesting data and the provision of continuous data streams from identified regions. Current simulation setups use hard coded information about sensors or even manual data transfer using external memory to bring data from sensors to simulations. This solution is very robust, but adding new sensors to a simulation requires manual setup of the sensor interaction and changing the source code of the simulation, therefore incurring extremely high cost. Manual transmission allows an operator to drop obvious outliers but prohibits real-time operation due to the long delay between measurement and simulation. For more generic applications that operate on sensor data, these problems have been partially solved by approaches that decouple the sensing from the application, thereby allowing for the automation of the sensing process. However, these solutions focus on small scale wireless sensor networks rather than the global scale and therefore optimize for the lifetime of these networks instead of providing high-resolution data streams. In order to provide sensor data for scientific simulations, two tasks are required: i) continuous monitoring of sensors to trigger simulations and ii) high-resolution measurement streams of the simulated area during the simulation. Since a simulation is not aware of the deployed sensors, the sensing interface must work without an explicit specification of individual sensors. Instead, the interface must work only on the geographical region, sensor type, and the resolution used by the simulation. The challenges in these tasks are to efficiently identify relevant sensors from the large number of sources around the globe, to detect when the current measurements are of relevance, and to scale data stream distribution to a potentially large number of simulations. Furthermore, the process must adapt to complex network structures and dynamic network conditions as found in the Internet. The Global Sensor Grid (GSG) presented in this thesis attempts to close this gap by approaching three core problems: First, a distributed aggregation scheme has been developed which allows for the monitoring of geographic areas for sensor data of interest. The reuse of partial aggregates thereby ensures highly efficient operation and alleviates the sensor sources from individually providing numerous clients with measurements. Second, the distribution of data streams at different resolutions is achieved by using a network of brokers which preprocess raw measurements to provide the requested data. The load of high-resolution streams is thereby spread across all brokers in the GSG to achieve scalability. Third, the network usage is actively minimized by adapting to the structure of the underlying network. This optimization enables the reduction of redundant data transfers on physical links and a dynamic modification of the data streams to react to changing load situations.Item Open Access Neue Methoden und Techniken für die Evaluation von Visualisierungen(2015) Raschke, Michael; Ertl, Thomas (Prof. Dr.)Visualisierungen umgeben uns wie selbstverständlich im Alltag und bei der Arbeit, um abstrakte Informationen darzustellen und komplexe Zusammenhänge zu verstehen. Lag bisher das Hauptaugenmerk der Entwicklung von Visualisierungstechniken auf der Frage, wie möglichst viele Daten in möglichst kurzer Zeit, in einer möglichst hohen Auflösung dargestellt werden können, so gewann in der Visualisierungsforschung in den letzten Jahren die Fragestellung an Bedeutung, ob eine Visualisierung auch nützlich und leicht lesbar ist. Um diese Fragestellung umfassend beantworten zu können, war das Ziel dieser Arbeit die Entwicklung von neuen Methoden und Techniken zur Untersuchung der Wahrnehmung von Visualisierungen, sowie zur Evaluation von Visualisierungstechniken. Dazu wurde ein interdisziplinärer Ansatz gewählt, der die drei wissenschaftlichen Forschungsgebiete Eye-Tracking, Wissensrepräsentation und Kognitionswissenschaften miteinander verbindet. Eye-Tracking-Experimente wurden für die Analyse des Blickverhaltens bei der Arbeit mit Visualisierungen eingesetzt. Die Repräsentation visuellen Wissens erlaubt es, semantische Eigenschaften von Scan-Paths untersuchen zu können. Simulationsmethoden aus den Kognitionswissenschaften ermöglichen es, das Blickverhalten vorherzusagen. Eye-Tracking-Experimente werden in der Visualisierungsforschung dazu eingesetzt, um Augenbewegungen von Probanden, welche Aufgaben mit Visualisierungen durchführen, aufzunehmen. Ein nicht zu unterschätzender Zeitaufwand bei der Auswertung dieser Art von Experimenten nimmt die anschließende Analyse der Augenbewegungen ein. Um den Aufwand der Analyse dieser Scan-Paths zu reduzieren und ähnliche Augenbewegungsmuster über die Probanden hinweg zu identifizieren, wurde die parallele Scan-Path-Visualisierungstechnik entwickelt, die eine übersichtliche Darstellung von mehreren Scan-Paths erlaubt. Damit können Lesestrategien von Visualisierungen über mehrere Probanden hinweg erkannt und miteinander verglichen werden. Die parallele Scan-Path-Visualisierung wurde zusätzlich mit automatischen Mustererkennungsverfahren erweitert. Dieser sogenannten visuelle Analytik-Ansatz erlaubt es, Scan-Paths quantitativ miteinander zu vergleichen und führt zu einer effizienten Analyse von sehr großen Eye-Tracking-Datensätzen. Für die Modellierung von Wissen über Visualisierungen wurde ein Wissensmodell mit drei Ebenen entwickelt. Jede Ebene beschreibt in Form einer Ontologie eine unterschiedliche Abstraktionsebene des Wissens über Visualisierungen und die darin enthaltenen graphischen Elemente. Elemente aus diesen Ontologien werden mit bestimmten Bereichen in einer Visualisierung oder mit einzelnen graphischen Elementen in Visualisierungen verknüpft. Dieser Ansatz ermöglicht es nicht nur wie bisher zu analysieren, welche Bereiche in einer Visualisierung auf einem Bildschirm in welcher Reihenfolge betrachtet worden sind (WO-Raum), sondern auch, was für graphische Elemente dort wahrgenommen (WAS-Raum) und wie diese kognitiv weiterverarbeitet wurden. Es wird gezeigt, wie mit der parallelen Scan-Path-Visualisierungstechnik, basierend auf dieser Annotation, Wissensverarbeitungsprozesse visualisiert werden können. Damit können auch Bereiche in Visualisierungen, die möglicherweise zu einer kognitiven Verzerrung führen, erkannt und im Detail weiter untersucht werden. Für die Simulation der visuellen Suche wurde eine auf dem Kognitionssimulationsframework ACT-R basierende Simulation entwickelt, die Leseprozesse in Visualisierungen simuliert, und es erlaubt, diese mit empirisch ermittelten Daten zu vergleichen. Zusätzlich stellt diese Arbeit erstmalig ein operatorenbasiertes Modell zur Vorhersage von Durchführungszeiten von visuellen Aufgaben vor. Dieses operatorenbasierte Diagram-Viewing-Modell verwendet das Konzept des aus der Mensch-Computer-Interaktionsforschung bekannten Keystroke-Level-Modells und erweitert es für die Vorhersage von Durchführungszeiten von visuellen Aufgaben. Neben einer Effizienzsteigerung bei der Auswertung von Eye-Tracking-Experimenten führt die Kombination der visuellen Analyse von Scan-Paths mit ontologiebasierten Wissensmodellen zu einem tieferen Verständnis der Leseprozesse von Visualisierungen. Semantische Charakteristika von Scan-Paths können besser untersucht werden und die Wahrscheinlichkeit für kognitive Verzerrungen bei der Arbeit mit Visualisierungen durch eine geeignete Anpassung des Visualisierungskonzepts verringert werden. Insgesamt können die in dieser Arbeit vorgestellten Methoden und Techniken zu einem stärker benutzerorientierten, iterativen Entwicklungsprozess von Visualisierungen führen. In diesem Entwicklungsprozess können Ergebnisse der Eye-Tracking-Analyse oder Ergebnisse aus Simulationen dazu eingesetzt werden, um zu untersuchen, wie Visualisierungen von verschiedenen Benutzergruppen wahrgenommen werden.Item Open Access Prozessbausteine(2014) Eberle, Hanna; Leymann, Frank (Prof. Dr.)Gegenwärtig existierenden Modellierungssprachen und Werkzeugen zur Umsetzung prozessbasierter Anwendungen liegt im Allgemeinen die Annahme eines zur Entwicklungszeit bekannten und in seiner Struktur vollständig ausmodellierten Prozessmodells zugrunde. Für Szenarien, in welchen eine prozessbasierte Anwendung neben stabilen, d.h. zur Modellierungszeit des Prozesses bekannten, auch durch dynamische, d.h. erst zur Anwendungslaufzeit geltende, Rahmenbedingungen beeinflusst wird, ist eine derartige statische Prozessmodellierung nur bedingt geeignet. In diesen Szenarien ist es vielmehr wünschenswert, (i) zur Entwicklungszeit bereits bekannte Prozessteile der Anwendung detailliert ausmodellieren zu können, und diese (ii) zur Laufzeit der Anwendung unter Berücksichtigung der zum Ausführungszeitpunkt geltenden dynamischen Rahmenbedingungen zum vollständigen Prozess der Anwendung zu integrieren. Das im Verlauf dieser Arbeit vorgestellte Konzept der Prozessbausteine setzt an diesem Punkt an und schafft ein Rahmenwerk für die Modellierung und Ausführung prozessbasierter Anwendungen unter Berücksichtigung sowohl stabiler als auch dynamischer Rahmenbedingungen. Kerngedanke des Konzepts ist die Abbildung stabiler Rahmenbedingungen zur Entwicklungszeit in Form teilweise unvollständiger Prozessmodelle, sogenannter Prozessbausteine. Zu einem späteren Zeitpunkt im Lebenszyklus der Anwendung werden diese Prozessbausteine dann, motiviert durch die jeweils geltenden dynamischen Rahmenbedingungen, mit weiteren Prozessbausteinen zum vollständigen Prozessmodell der Anwendung integriert. Zur vollständigen Unterstützung der Entwicklung von Anwendungen auf Grundlage dieses Konzepts umfasst die vorliegende Arbeit die Definition eines Metamodells für sowohl die Modellierung einzelner als auch die Repräsentation integrierter Prozessbausteine, die Beschreibung der Ausführung integrierter Prozessbausteine, sowie die Vorstellung einer Architektur für die Ausführung integrierter Prozessbausteine.Item Open Access Supporting multi-tenancy in Relational Database Management Systems for OLTP-style software as a service applications(2015) Schiller, Oliver; Mitschang, Bernhard (Prof. Dr.-Ing. habil.)The consolidation of multiple tenants onto a single relational database management system (RDBMS) instance, commonly referred to as multi-tenancy, turned out being beneficial since it supports improving the profit margin of the provider and allows lowering service fees, by what the service attracts more tenants. So far, existing solutions create the required multi-tenancy support on top of a traditional RDBMS implementation, i. e., they implement data isolation between tenants, per-tenant customization and further tenant-centric data management features in application logic. This is complex, error-prone and often reimplements efforts the RDBMS already offers. Moreover, this approach disables some optimization opportunities in the RDBMS and represents a conceptual misstep with Separation of Concerns in mind. For the points mentioned, an RDBMS that provides support for the development and operation of a multi-tenant software as a service (SaaS) offering is compelling. In this thesis, we contribute to a multi-tenant RDBMS for OLTP-style SaaS applications by extending a traditional disk-oriented RDBMS architecture with multi-tenancy support. For this purpose, we primarily extend an RDBMS by introducing tenants as first-class database objects and establishing tenant contexts to isolate tenants logically. Using these extensions, we address tenant-aware schema management, for which we present a schema inheritance concept that is tailored to the needs of multi-tenant SaaS applications. Thereafter, we evaluate different storage concepts to store a tenant’s tuples with respect to their scalability. Next, we contribute an architecture of a multi-tenant RDBMS cluster for OLTP-style SaaS applications. At that, we focus on a partitioning solution which is aligned to tenants and allows obtaining independently manageable pieces. To balance load in the proposed cluster architecture, we present a live database migration approach, whose design favors low migration overhead and provides minimal interruption of service.Item Open Access Interactive volume rendering in virtual environments(2003) Schulze-Döbold, Jürgen Peter; Ertl, Thomas (Prof. Dr.)This dissertation is about the interactive visualization of volume data in virtual environments. Only data on regular grids will be discussed. Research was conducted on three major topics: visualization algorithms, user interfaces, and parallelization of the visualization algorithms. Because the shear-warp algorithm is a very fast CPU-based volume rendering algorithm, it was investigated how it could be adapted to the characteristics of virtual environments. This required the support of perspective projection, as well as specific developments for interactive work, for instance a variable frame rate or the application of clipping planes. Another issue was the improvement of image quality by the utilization of pre-integration for the compositing. Concerning the user interface, a transfer function editor was created, which was tailored to the conditions of virtual environments. It should be usable as intuitively as possible, even with imprecise input devices or low display resolutions. Further research was done in the field of direct interaction, for instance a detail probe was developed which is useful to look inside of a dataset. In order to run the user interface on a variety of output devices, a device independent menu and widget system was developed. The shear-warp algorithm was accelerated by a parallelization which is based on MPI. For the actual volume rendering, a remote parallel computer can be employed, which needs to be linked to the display computer via a network connection. Because the image transfer turned out to be the bottleneck of this solution, it is compressed before being transferred. Furthermore, it will be described how all the above developments were combined to a volume rendering system, and how they were integrated into an existing visualization toolkit.