Universität Stuttgart
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Item Open Access Validierung komponentenbasierter Software für Echtzeitsysteme(2003) Fleisch, Wolfgang; Göhner, Peter (Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c.)Der Anteil und die Bedeutung von Software bei der Entwicklung von Echtzeitsystemen wächst sehr stark. Gleichzeitig werden die Entwicklungszyklen für Software-Produkte zunehmend kürzer, was sich immer häufiger in ausgelieferter fehlerhafter Software widerspiegelt. Durch die Verwendung vorgefertigter Software-Komponenten kann nach dem Baukastenprinzip bei der Konstruktion neuer Produkte die Produktivität und die Qualität erheblich gesteigert werden. Aber auch wenn durch den Einsatz geprüfter, betriebsbewährter Software-Komponenten viele Fehler vermieden werden, muss eine aus Komponenten zusammengesetzte Software auch in Zukunft mit geeigneten Prüfverfahren validiert werden, weil beim Zusammenspiel der Komponenten weiterhin Fehler entstehen können. In der vorliegenden Arbeit wird dazu ein Prüfverfahren zur Validierung komponentenbasierter Software für Echtzeitsysteme entwickelt, das das dynamische Verhalten von komponentenbasierter Software gegenüber den Anforderungen aus Anwendersicht überprüft. Die Anforderungen werden zu Beginn der komponentenbasierten Softwareentwicklung als Anwendungsfälle spezifiziert. Mit Hilfe von erweiterten UML Sequenzdiagrammen werden die Anwendungsfälle systematisch in eine formale, automatisiert prüfbare Notation überführt, die auch die Spezifikation von Echtzeitanforderungen explizit unterstützt. Da beim Entwurf von komponentenbasierter Software bereits vollständig spezifizierte Software-Komponenten verwendet werden, kann das Verhalten schon in der frühen Entwurfsphase mit Hilfe von Simulation validiert werden. Die Verwendung von Simulation hat den Vorteil, dass auch ohne die in der Praxis meist spät verfügbaren Bestandteile des technischen Prozesses und des Automatisierungsrechnersystems eine Prüfung des simulierten Verhaltens der komponentenbasierten Software durchgeführt werden kann. Anhand festgelegter Prüfkriterien wird dann das simulierte Verhalten der komponentenbasierten Software gegenüber dem in den Anwendungsfällen spezifizierten Verhalten geprüft, um damit frühzeitig Fehler aufzudecken. Eine im Rahmen der Arbeit realisierte Validierungsumgebung unterstützt den Softwareentwickler dabei umfassend, angefangen bei der Spezifikation von prüfbaren Anwendungsfällen, bis hin zur automatisierten Prüfung des simulierten Verhaltens. Die Leistungsfähigkeit des Prüfverfahrens und der Validierungsumgebung werden abschließend am Beispiel der Entwicklung und Validierung einer komponentenbasierten Software für eine Kfz-Scheibenwischeranlage demonstriert.Item Open Access Entwicklung hybrider Komponentenmodelle zur Prozessüberwachung komplexer dynamischer Systeme(2004) Manz, Susanne; Göhner, Peter (Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c.)Für die Automatisierung kontinuierlich-diskreter technischer Prozesse ist neben der Realisierung der Steuerungs- und Regelungsfunktionen auch die automatische Überwachung des bestimmungsgemäßen Betriebs von großer Bedeutung. In ingenieurtechnischen Anwendungen werden zur Prozessüberwachung und Diagnose häufig modellbasierte Lösungen mit dem Ziel betrachtet, eine möglichst genaue Beschreibung der betreffenden technischen Anlage zu erhalten. Jedoch ist besonders für komplexe dynamische Systeme das Aufstellen und Betreiben eines mathematischen Modells zur Online-Überwachung mit vielen Schwierigkeiten verbunden. Aufgrund dieser Schwierigkeiten bieten sich für komplexe Systeme qualitative Modellierungsverfahren an. Bei diesen Verfahren müssen die inneren physikalischen Zusammenhänge nicht genau wiedergegeben werden, sondern die Modelle enthalten nur Situationen, in denen etwas „passiert“. Das qualitative Modell muss solche Situationen voneinander unterscheiden können. Eine Möglichkeit, diese Schwierigkeiten in den Griff zu bekommen, ist die Kombination von qualitativen und kontinuierlichen, so genannten hybriden Modellen. Im Rahmen des Forschungsthemas „Entwicklung hybrider Komponentenmodelle zur Prozessüberwachung komplexer dynamischer Systeme“ wurde das SQMD-Verfahren (Situation based Qualitative Monitoring and Diagnosis) entwickelt. Das Verfahren zeichnet sich durch eine einfache, streng komponentenorientierte Modellierung aus. Komponenten ohne Speicherwirkung des technischen Prozesses werden nur qualitativ modelliert. In diesem Fall ordnet der Modellierer jeder physikalischen Größe verschiedene Wertebereiche zu, die das ordnungsgemäße und das fehlerhafte Verhalten dieser Komponente qualitativ beschreiben. Die dynamische Beschreibung erfolgt nur für Komponenten mit Speicherwirkung und wird für die Abbildung des dynamischen Systemverhaltens im qualitativen Modell benötigt. Im Rahmen der Online-Überwachung werden innerhalb eines bestimmten Zeitfensters alle Komponenten miteinander verknüpft und der Zustandsraum reduziert. Dies erfolgt auf Basis der hybriden Komponentenmodelle, der Systemstruktur und der vom technischen Prozess eingehenden Sensor- und Aktordaten. Der reduzierte Zustandsraum kann auf eventuelles Fehlverhalten des technischen Prozesses untersucht werden. Die Durchführbarkeit des Konzepts wird am Modellprozess Drei-Tank-System demonstriert. Anschließend findet die Übertragung auf ein reales System, die Überwachung der aero- und gasdynamischen Prozesse im Kohlebergwerk, statt.Item Open Access Hardware-beschleunigte Volumenvisualisierung auf adaptiven Datenstrukturen(2006) Weiler, Manfred; Ertl, Thomas (Prof. Dr.)In vielen Disziplinen und Anwendungsgebieten spielen Volumendaten heutzutage eine immer wichtigere Rolle und der Einsatz von Graphik-Hardware stellt eine gute Möglichkeit dar, den mit der Volumenvisualisierung verbundenen Berechnungsaufwand zu meistern. Die bisher auf Graphikkarten übliche relativ starre Verarbeitungspipeline beschränkt ihren Einsatz jedoch auf wenige Typen von Volumendaten, insbesondere uniforme 3D Gitter, deren Struktur sich effizient auf die Mechanismen auf der Graphikkarte abbilden lässt. Mit der kürzlich eingeführten freien Programmierbarkeit von Graphikkarten ist es zunehmend möglich, die massive Rechenleistung der Graphikchips, welche die Fähigkeiten aktueller Universalprozessoren bei weitem übersteigt, für die Visualisierung von Volumendaten auf adaptiven Datenstrukturen einzusetzen. Am Beispiel dreier wichtiger Vertreter dieser Gattung von adaptiven Datenstrukturen, Finite-Elemente-Netze in ihrer Ausprägung als Tetraedergitter, lokale Gitterverfeinerungen sowie gitterlose Punktrepräsentationen, untersucht diese Arbeit, in wieweit sich die dafür erforderlichen komplexen Visualisierungsalgorithmen durch den Einsatz moderner Graphik-Hardware beschleunigen lassen. Ziel es dabei, möglichst viele Teile der Berechnung in den Verantwortungsbereich der Graphikkarte zu bringen, um auch in Zukunft von dem raschen Fortschritt bei der Entwicklung von Graphik-Hardware zu profitieren. Ein wichtiges dabei zu untersuchendes Problemfeld stellt das Zusammenspiel der unterschiedlichen involvierten Berechnungseinheiten (Hauptprozessor, Vertexprozessor und Fragmentprozessor auf der Graphikkarte) dar. Die Geschwindigkeitsoptimierung durch ausgewogenene Balance wird in der vorliegenden Arbeit durch unterschiedliche Algorithmen zur Visualisierung von Tetraedergittern demonstriert, die sukzessive identifizierte Flaschenhälse bei der Berechnung und der Kommunikation mit nachgelagerten Einheiten und dem Speicher beseitigen. Am Ende steht ein Hardware-basierter Ray Casting-Algorithmus für Tetraedergitter, der vollständig auf der Graphik-Hardware abläuft. Da Algorithmen, die auf der Graphikkarte ablaufen, ihre Daten aus dem Speicher der Graphikkarte beziehen, werden weiterhin Möglichkeiten zur Kompression betrachtet, um die maximale Größe der verarbeitbaren Datensätze zu erhöhen. Es wird eine neue kompakte Datenstruktur für Tetraedergitter vorgestellt, welche sowohl die Tetraederattribute als auch die Konnektivität der Tetraeder speichert und als Basis zur Visualisierung mittels Ray Casting dienen kann. Für punktbasierte Daten wird außerdem eine neue kompakte prozedurale Kodierung auf der Grundlage von radialen Basisfunktionen entwickelt, welche durch die Möglichkeit der Dekodierung mittels der programmierbaren Fragmenteinheit mit einer Vielzahl von Visualisierungslagorithmen kombinierbar ist und durch die vorgelagerte Kodierung anderer Datenstrukturen wie uniformer Gitter, Tetraedergitter oder gitterloser Daten eine universelle Visualisierungslösung darstellt. Eine weitere Option zur interaktiven Visualisierung von Tetraedergittern bietet die Abtastung auf adaptiv verfeinerten uniformen Volumengittern, die besser für die Verarbeitung auf der Graphikkarte geeignet sind. Hier ermöglicht die Beschleunigung der Abtastung mittels Graphik-Hardware die dynamische Berechnung, jeweils entsprechend den Parametern des aktuell dargestellten Bildes. Die sonst beim Resampling auftretenden charakteristischen Probleme wie hoher Speicherbedarf, geringe Interaktionsraten oder niedrige Darstellungsqualität werden dadurch vermieden beziehungsweise minimiert. Für typische Probleme, die bei der Visualisierung auf der Basis adaptiv verfeinerter uniformer Gitter auftreten, wie inkonsistente Interpolation zwischen unterschiedlichen Gitterbereichen oder Artefakte, die durch eine adaptive Abtastung auftreten, werden Lösungsansätze präsentiert. Implementierungsaspekte einer adaptiven Volumendarstellung auf uniformen Gittern werden im Rahmen einer neuartigen Software-Architektur mit flexiblen und erweiterbaren Shadern betrachtet. Sie erlaubt es, die Visualisierungsalgorithmen einfach auf die spezielle Graphik-Hardware der Zielplattform anzupassen, was in Anbetracht der heterogenen Graphikkarten-Landschaft einen wichtigen Baustein für die Entwicklung effizienter Visualisierungslösungen darstellt. Darüberhinaus wird gezeigt, wie sich programmierbare Graphik-Hardwere im Umfeld von virtuellen Umgebungen durch Hardware-beschleunigte Bildkompression und -dekompression geschwindigkeitssteigernd einsetzen lässt. Die Arbeit bringt alle vorgestellten Algorithmen in einen Gesamtzusammenhang, der es erlaubt gemeinsame Gestaltungsrichtlinien für die erfolgreiche Umsetzung von Visualisierungs-Algorithmen auf Graphik-Hardware zu extrahieren. Diese können anderen Forschern als Muster und zur Anregung dienen und so die Entwicklung weiterer Hardware-beschleunigter Algorithmen inspirieren.Item Open Access Interactive visualization methods for mobile device applications(2006) Diepstraten, Joachim; Ertl, Thomas (Prof.)The number of mobile devices today already outnumbers the installed desktop PCs and this gap will further widen in the future since the market for desktop PCs is stagnating but is still growing for mobile devices. For example, the cellular phone is one of the most widespread devices that can display graphical content and its functionality is constantly increasing. Even with the increased functionality on recent mobile devices bringing interactive graphics and visualization methods to these devices is not as easy as it might appear to be. Strategies and ideas that work for desktop machines cannot necessarily be transferred to mobile devices because they have very different characteristics. The purpose of this thesis is to exactly address this problem. The current limitations of these devices -- limited processing power, small amount of memory, low bandwidth, limited network capacities, small display area -- that hinder the usage of current visualization applications on these devices are identified. In order to overcome them, several different strategies are presented that allow interactive 3D graphic solutions to run on mobile devices. These strategies take advantage of different properties of a mobile device, e.g., network speed. Which strategy should be employed for a graphical application can be decided based on the properties of the device that suit best to the strategy. Moreover, algorithms for presenting data in a resource friendly, user recognizable form but at the same time taking account of the display limitations are introduced by addressing ideas in illustrative and artistic rendering. A special focus in this thesis is on the representation of transparency that plays a significant role in extending the usable space for visualizing information. In this thesis several strategies taken from artistic rendering have been successfully applied to the context of mobile rendering solutions. Additionally, a 3D graphical user interface was designed that is well suited to solve spatial problems in mobile devices and allows developers to build new classes of modern user interfaces. All the new algorithms explained in this thesis do not only extend the capabilities of bringing interactive 3D graphics to mobile device, but can for example also be used for enhancing the richness of visualization or non-photorealistic rendering methods in any sort of interactive environment.Item Open Access Halbordnungs- und Reduktionstechniken für die automatische Verifikation von verteilten Systemen(2006) Schröter, Claus; Esparza, Javier (Prof. Dr.)Das Hauptproblem bei der automatischen Verifikation von verteilten Systemen unter Verwendung von Model-Checking-Verfahren besteht in der Zustandsraumexplosion der Ausgangssysteme. Dieses bedeutet, daß sogar die Spezifikation eines kleinen Systems oftmals einen großen Zustandsraum aufspannt, da dieser exponentiell in der Größe des Ausgangssystems wachsen kann. In der Vergangenheit wurden verschiedene Techniken vorgeschlagen, um diese Problematik in den Griff zu bekommen. Diese können klassifiziert werden in Techniken, die auf eine implizite, kompakte Repräsentation des gesamten Zustandsraums abzielen, zum Beispiel codiert als BDD, oder die unter Verwendung von Abstraktionen oder Halbordnungsreduktionen eine reduzierte Zustandsraumrepräsentation verwenden. Eine dritte Klasse von Techniken stützt sich auf die Halbordnungssicht auf nebenläufige Berechnungen, und Systemzustände werden hier implizit durch die Verwendung azyklischer Petrinetze repräsentiert. Sehr populär darunter ist die Technik von McMillan zur Erzeugung endlicher, vollständiger Präfixe von Petrinetzentfaltungen. Das Ziel dieser Arbeit besteht darin, effiziente Halbordnungs- und Reduktionstechniken für die automatische Verifikation von verschiedenen Petrinetzklassen zu analysieren, zu erweitern, zu implementieren und experimentell zu vergleichen. Eine der Hauptfragestellungen auf dem Gebiet der automatischen Verifikation untersucht die Erreichbarkeit von Systemzuständen, da viele Sicherheitseigenschaften eines Systems auf einfache Erreichbarkeitsfragen zurückgeführt werden können. Als typisches Beispiel sei hier die Eigenschaft zum wechselseitigen Ausschluß von nebenläufigen Prozessen erwähnt. In dieser Arbeit werden vier Verfahren betrachtet, die das Erreichbarkeitsproblem für 1-sichere Petrinetze unter Verwendung von Entfaltungspräfixen exakt lösen. Es werden zwei Halbentscheidungsverfahren betrachtet, die das Erreichbarkeitsproblem für 1-sichere Petrinetze unter Verwendung von Techniken der linearen Programmierung zu lösen versuchen. Die Verfahren werden anhand von experimentellen Ergebnissen miteinander verglichen, und es wird eine Empfehlung hergeleitet, welche Verfahren für praktische Belange geeignet zu sein scheinen. Es wird gezeigt, daß das PSPACE-vollständige Erreichbarkeitsproblem für 1-sichere Petrinetze in ein (möglicherweise exponentiell größeres) NP-vollständiges Problem überführt werden kann, sofern Entfaltungstechniken eingesetzt werden. Eine weitere wichtige Fragestellung auf dem Gebiet der automatischen Verifikation beschäftigt sich mit dem Nachweis von Sicherheits- und Lebendigkeitseigenschaften, die in Form von temporalen Logiken wie beispielsweise CTL oder LTL formuliert werden. Es werden Reduktionsregeln für den Nachweis von LTL-X-Eigenschaften betrachtet, die in zwei Kategorien eingeteilt werden können: Regeln, die lineare Programmierung unter Verwendung von Invarianten oder impliziten Stellen einsetzen, und Regeln, die lokale Netzreduktionen betrachten. Es wird gezeigt, daß die Bedingungen für die Anwendbarkeit einiger lokaler Netzreduktionen abgeschwächt werden können, sofern man LTL-X-Eigenschaften mit einem Verfahren von Esparza und Heljanko nachweist. Anhand von experimentellen Ergebnissen wird gezeigt, daß die Verifikationszeit für eine LTL-X-Eigenschaft eines Systems signifikant verringert werden kann, sofern dieses mit den vorgeschlagenen Reduktionsregeln vorverarbeitet wird. Schließlich wird der von Esparza und Heljanko vorgestellte entfaltungsbasierte Ansatz zum Nachweis von LTL-X-Eigenschaften 1-sicherer Petrinetze auf eine höhere Petrinetzklasse übertragen. Anhand von experimentellen Ergebnissen wird der in dieser Arbeit vorgestellte Ansatz mit dem Ansatz von Esparza und Heljanko sowie dem Model-Checker SPIN verglichen. Die Ergebnisse zeigen, daß der in dieser Arbeit verwendete Model-Checker dem Model-Checker von Esparza und Heljanko in allen Beispielen, und SPIN gegenüber in einigen Beispielen überlegen ist.Item Open Access Reduktion von Verzögerungsunterschieden bei der Gruppenkommunikation im Internet(2007) Klöcking, Jens-Uwe; Rothermel, Kurt (Prof. Dr.)Eine Vielzahl neuer Anwendungsgebiete des Internets basiert auf der effizienten Übertragung einer Nachricht an eine Gruppe von Empfängern, der so genannten Gruppenkommunikation. Beispiele für derartige Anwendungen sind Nachrichten- und Softwareverteilung, verteilte Berechnungen, Videokonferenzen, Fernunterricht sowie Spiele. Die Netzwerkressourcen werden durch Gruppenkommunikation sehr effizient genutzt, denn das einmalige Senden einer Nachricht reicht aus, um von allen Teilnehmern einer Gruppe empfangen zu werden. Einige Einschränkungen der Dienstqualität derzeitiger Gruppenkommunikationslösungen im Internet behindern jedoch ihre generelle Nutzung. Hiervon betroffen ist unter anderem die Fairness bezüglich der Verzögerung der Nachrichtenauslieferung. Dieser spezielle Parameter der Gruppenkommunikation bezeichnet die Zeitspanne zwischen dem ersten und letzten Eintreffen einer Nachricht bei einer Gruppe von Empfängern. Messungen mittels eines dafür entwickelten passiven Verfahrens zeigen für einige Anwendungen nicht tolerierbare Verzögerungsunterschiede auf. Das Ziel der Arbeit besteht darin, die Verzögerungsunterschiede zu minimieren, um einen fairen Dienst für nicht kooperative Anwendungen der Gruppenkommunikation im Internet, wie z. B. Informationsdienste und elektronische Märkte bereitzustellen. Zur Lösung des Problems wurden drei Ansätze erarbeitet. Durch den Einsatz von Servern konnten Verzögerungsunterschiede der Nachrichten ausgeglichen werden. Die in der Anwendungsschicht angesiedelten Ansätze stellen keine besonderen Anforderungen an die Netzkomponenten und können daher schrittweise eingeführt werden. Darüber hinaus berücksichtigen sie die aktuelle Netzwerklast und sind so in der Lage, die Gesamtverzögerung der Nachrichtenauslieferung gering zu halten. In einem der Ansätze überwacht sichere Hardware in Form von Smart Cards direkt bei den Empfängern den Auslieferungszeitpunkt der Nachrichten. Hierfür wurden drei Protokolle entwickelt, die die Synchronisation der Smart-Card-Uhren, die Auslieferung der Daten und eine Rückmeldung der tatsächlichen Verzögerung ermöglichen. Mittels Analyse und Simulationen wurde eine signifikante Reduktion der Verzögerungsunterschiede der Nachrichten zwischen den Empfängern nachgewiesen. Ein Prototyp wurde implementiert, um die mit gegenwärtiger Smart-Card-Hardware erreichbare Reduktion von Verzögerungsunterschieden zu ermitteln und die Tragfähigkeit des Ansatzes zu demonstrieren.Item Open Access Standardisierte Auszeichnungssprachen der Computergraphik für interaktive Systeme(2005) Rotard, Martin; Ertl, Thomas (Prof. Dr.)Computergraphik wird in vielen Bereichen der anwendungsorientierten Informatik, von der optischen Gestaltung graphischer Benutzungsoberflächen bis zur Visualisierung wissenschaftlicher Zusammenhänge eingesetzt. Auszeichnungssprachen zur Beschreibung graphischer Information erweitern diese Einsatzmöglichkeiten um die Animation und die Interaktion mit den Inhalten. In dieser Arbeit werden neue Verfahren und Strategien entwickelt, die den Einsatz von standardisierten Auszeichnungssprachen der Computergraphik in den Bereichen Benutzungsoberflächen und Lehrmaterialien ermöglichen. Dabei liegt ein Schwerpunkt auf der Zugänglichkeit von graphischen Inhalten für blinde Menschen, insbesondere durch interaktive Exploration von taktilen Darstellungen. Diese Arbeit stellt Methoden für die Beschreibung von skalierbaren Interaktionselementen mit Auszeichnungssprachen vor, die an verschiedenste Anzeigegeräte angepasst werden können. Darauf aufbauend entstanden neue Konzepte für zoombare Benutzungsoberflächen zur variablen Größendarstellung von Interaktionselementen und deren Inhalten. Erstmals werden auch Methoden vorgestellt, um die Darstellung von Benutzungsoberflächen, die mit Auszeichnungssprachen beschrieben werden, auf andere Rechner zu übertragen. Der Einsatz von Graphiken, die auf Auszeichnungssprachen basieren, bietet bei deren Erstellung, Handhabung und Anwendung erhebliche Vorteile gegenüber herkömmlicher Rastergraphik. Diese Arbeit stellt neue Verfahren vor, um die Formatierungen von Graphiken in Lehrmodulen anzupassen. Entwickelt werden unter anderem Konzepte für die Generierung von Lehrmodulen, die eine flexible Wiederverwendung in verschiedenen Lernszenarien ermöglichen. Für blinde Menschen bilden textuelle Inhalte die Hauptinformationsquelle bei ihrer Arbeit mit Computersystemen. Die ganzheitliche Darstellung von textuellen und graphischen Inhalten ist für viele Anwendungen jedoch unabdingbar. Mit Graphik, die auf Auszeichnungssprachen basiert, können erstmals Verfahren für die taktile Repräsentation präsentiert werden, die eine ganzheitliche Erschließung der graphischen Inhalte ermöglichen. Dazu werden Methoden vorgestellt, die blinden Menschen den Zugang zu mathematischen Ausdrücken, zu 2D- und zu 3D-Graphiken gestatten. Dies wird an einem taktilen Web-Browser demonstriert, der den Zugang zu diesen unterschiedlichen Graphikarten integriert.Item Open Access Interaktion und Koordination in Multiagentensystemen(2001) Muscholl, Klaus Matthias; Levi, Paul (Prof. Dr.)Das Zusichern von kohärentem Verhalten in Multiagentensystemen ist durch die inhärente Verteiltheit des Systems, als auch durch den unabhängigen Entwurf der Agenten bei offenen Systemen, ein weithin ungelöstes Problem. In der vorliegenden Dissertation wird ein entwurfstechnischer Ansatz vorgestellt, welcher mit Hilfe von Interaktionsverfahren Kohärenz sicherstellt. Interaktionsverfahren werden dabei durch das Interaktionsmodell beschrieben. Die Grundidee besteht darin, daß Agenten durch die Teilnahme an einer Interaktion einen Teil ihrer Autonomie an das die Interaktion beschreibende Verfahren und seine Entscheidungsmechanismen abtreten und sich ihm unterordnen. Dies wird dadurch erzielt, daß ein Interaktionsverfahren die Koordination der an ihn übertragenen Kompetenzen übernimmt. Ein Interaktionsverfahren ist somit gegenüber den teilnehmenden Agenten weisungsbefugt. Um an Interaktionsverfahren teilnehmen zu können, muß ein Agent eine Schnittstelle unterstützen, welche es dem Interaktionsverfahren ermöglicht, auf die an ihn übertragen Kompetenz zuzugreifen und die kollektiv getroffenen Entscheidungen im einzelnen durchzusetzen. Hierzu sind unabhängig von Interaktionsverfahren für einen Anwendungsbereich Dienstklassen definiert, welche Schnittstellen zu Fähigkeiten eines Agenten bilden. Ein Interaktionsverfahren definiert das Ablaufschema einer Interaktion. Das Ablaufschema abstrahiert von Agenten in Form von Rollen. Das Schema ist in einzelne Phasen strukturiert und definiert, wie die Rollen untereinander interagieren. Rollen sind die kleinsten aktiven Einheiten des Interaktionsmodells und nur innerhalb einer Phase gültig. Agenten, welche an einem Interaktionsverfahren teilnehmen, werden durch Rollen gesteuert, die ihnen in den jeweiligen Phasen zugewiesen werden. Die vorliegende Arbeit ist Bestandteil des Architekturkonzepts von Robotersystemen im Comros-Projekt.Item Open Access Contributions to low energy consumption in digital circuits(2000) Bühler, Markus; Baitinger, Utz G. (Prof. Dr.-Ing)After bipolar, static PMOS, and NMOS technologies have been widely replaced by static CMOS, static current has practically disappeared in digital circuits. Thus, the problem of power consumption was thought to be solved. However, with increasing integration densities and operation frequencies, combined with the advent of complex portable devices, design for low power has regained its importance as the third design goal, beside delay and area consumption. But in contrast to the past, today, dynamic power consumption is dominant by far. The domain of low power design can be divided into two major subdomains: power estimation and actual circuit design for low power, the latter including all efforts for power optimization and low power synthesis. In this thesis, specific aspects of both subdomains are treated on different levels. The design aspect is covered by an investigation of suitable circuit techniques for a novel, 3D, T-gate, SOI technology. It was found that DPL fits best the structural requirements of this technology but consumes 50 more power than static CMOS. The consequences are discussed in the text. The main focus of this thesis is put on power estimation techniques on gate level. A novel, set based simulation method is presented and extended for real delay gate models (RDM). Several further optimization methods are proposed. It is shown that the RDM extension can also be applied to bitparallel logic simulators. As a last extension the set based approach is combined with probabilistic simulation methods, thus making it possible to take into account signal correlations during probabilistic estimation.Item Open Access Emulation von Rechnernetzen zur Leistungsanalyse von verteilten Anwendungen und Netzprotokollen(2005) Herrscher, Daniel J.; Rothermel, Kurt (Prof. Dr. rer. nat. Dr. h. c)Um die Leistung von verteilten Anwendungen und Netzprotokollen in Abhängigkeit von den Eigenschaften der verwendeten Rechnernetze zu analysieren, wird eine Testumgebung benötigt, die Netzeigenschaften zuverlässig nachbilden ("emulieren") kann. Eine solche Testumgebung wird Emulationssystem genannt. Bisher existierende Emulationssysteme sind aufgrund ihrer Architektur entweder nur für sehr kleine Szenarien geeignet, oder sie können nur unabhängige Netzverbindungen nachbilden, und schließen damit alle Netztechnologien mit gemeinsamen Medien aus. In dieser Arbeit werden zunächst verschiedene Architekturvarianten für die Realisierung eines Emulationssystems vorgestellt und bewertet. Für die Variante mit zentraler Steuerung und verteilten Emulationswerkzeugen wird dann detailliert die Funktionalität eines Emulationssystems mit seinen wesentlichen Komponenten beschrieben. Das in dieser Arbeit entwickelte Emulationsverfahren greift auf der logischen Ebene der Sicherungsschicht in den Kommunikationsstapel ein. Auf dieser Ebene werden die beiden Basiseffekte Rahmenverlust und Verzögerung durch verteilte Emulationswerkzeuge nachgebildet. Alle anderen Netzeigenschaften können auf diese Basiseffekte zurückgeführt werden. Um Netztechnologien mit gemeinsamen Medien durch verteilte Werkzeuge nachbilden zu können, wird zusätzlich das Konzept des virtuellen Trägersignals eingeführt. Hierbei werden die Eigenschaften eines Rundsendemediums nachgebildet, indem kooperative Emulationswerkzeuge Rundsendungen zur Signalisierung eines Trägersignals benutzen. Somit kann jedeWerkzeuginstanz lokal ein aktuelles Modell des emulierten gemeinsamen Mediums halten. Auf dieser Basis kann auch das Verhalten von Medienzugriffsprotokollen nachgebildet werden. Die Arbeit deckt auch die wesentlichen Realisierungsaspekte eines Emulationssytems ab. Mit ausführlichen Messungen wird gezeigt, dass das entwickelte System für die Nachbildung von Netzszenarien sehr gut geeignet ist, selbst wenn die nachzubildenden Parameter sich dynamisch ändern. Die entwickelten Werkzeuge sind in der Lage, Netzeigenschaften in einem weiten Parameterbereich realistisch nachzubilden. Mit diesem System steht nun eine ideale Testumgebung für Leistungsmessungen von verteilten Anwendungen und Netzprotokollen in Abhängigkeit von Netzeigenschaften zur Verfügung.