Universität Stuttgart
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Item Open Access Analyse der Echtzeitfähigkeit und des Ressourcenverbrauchs von OpenGL ES 2.0(2011) Cont, ArminOpenGL ES 2.0 (Open Graphics Library for Embedded Systems 2.0) ist eine Schnittstelle zur Entwicklung von 2D- und 3D-Computergrafik-Anwendungen. Die Spezifikation von OpenGL ES 2.0 definiert eine Reihe von Befehlen, mit denen Daten zum und vom OpenGL ES-System übermittelt werden können, mit denen das Zeichnen von Grafiken angestoßen werden kann (Rendering) und Einstellungen für das Rendering durchgeführt werden können. Üblicherweise verwenden OpenGL ES-Systeme für das Rendering physische Grafikkarten (GPUs). Keines der heute verfügbaren OpenGL ES-Systeme mit physischer GPU unterstützt aber die Priorisierung von Anwendungen hinsichtlich der Ausführung von OpenGL ES-Befehlen oder Einschränkungen von Anwendungen hinsichtlich der Nutzung von GPU-Ressourcen. Insbesondere bietet OpenGL ES weder einen konfigurierbaren Scheduler noch die Möglichkeit, Echtzeitgarantien für die Ausführung von OpenGL ES-Befehlen zu erfüllen. Ziel dieser Arbeit ist es, zu untersuchen, inwieweit dennoch sichergestellt werden kann, dass Befehle sicherheitskritischer Anwendungen rechtzeitig ausgeführt werden können. Dazu werden relevante Befehle bestimmt, deren Laufzeitverhalten und Ressourcenverbrauch analysiert wird. Außerdem werden spezielle Szenarien untersucht, um festzustellen, inwiefern das Verhalten von OpenGL ES-Systemen die rechtzeitige Ausführung kritischer Befehle verhindern kann. Schließlich werden Untersuchungsmethoden und Metriken für die Prognose des Ressourcenverbrauchs von OpenGL ES-Befehlen und die Ermittlung der dafür notwendigen systemspezifischen Kennzahlen entwickelt. Die Untersuchung werden auf einigen realen OpenGL ES-Systeme durchgeführt. Dabei wird gezeigt, dass insbesondere das Speicherbelegungsverhalten und die Nutzung der Renderpipeline mit Problemen verbunden sind, die der Erfüllung von Echtzeitgarantien im Wege stehen und nicht auf der Ebene von OpenGL ES gelöst werden können.Item Open Access Evaluierung von Verfahren zum optischen Lokalisieren und Kartographieren (SLAM) mit Eignung für den Einsatz auf UAVs(2013) Price, EricIn der Robotik werden kleine UAVs (unmanned aerial vehicles) dank zunehmender Hardwareminiaturisierung immer interessanter. Jedoch gelten auf diesen Plattformen wie Quadcoptern oder Modellflugzeugen zusätzliche Beschränkungen wie Größe, Bauform und Gewicht, die die zur Verfügung stehende Rechnerleistung für Anwendungen der autonomen Robotik nach wie vor einschränken. Thema dieser Diplomarbeit ist die Evaluierung von Verfahren zum simultanen Lokalisieren und Kartographieren an Hand optisch erfasster Bilddaten von einem mikro-UAV aus, wobei besonderes Augenmerk auf der Eignung der SLAM Verfahren für autonome optische Navigation in einer 3D Outdoor-Umgebung liegt.Item Open Access Konzeption und Realisierung eines Sicherheitskonzepts zur sicheren Datenstromverarbeitung in einer verteilten Ausfürhungsumgebung(2011) Dörler, OliverVorliegende Diplomarbeit entwickelt ein Sicherheitskonzept für NexusDS. Das Konzept definiert Sicherheitsmechanismen um den Zugriff und die Verarbeitung von sensiblen und geschützten Daten zu kontrollieren. Die Mechanismen beinhalten Funktionen um Daten zu Anonymisieren und zu Verschleiern. Die Entwicklung des Konzeptes beinhaltet die Abgrenzung von Sicherheit im Kontext von NexusDS, Erhebung von Anforderungen aus Anwendungsszenarien und NexusDS selbst, die Entwicklung entsprechend dienlicher Maßnahmen, deren Umsetzung in eine Sicherheitsarchitektur und eine prototypische Implementierung in NexusDS.Item Open Access Konzepte und Mechanismen zur konsistenten nebenläufigen Aktualisierung der Weiterleitungstabellen in Software-defined Networks(2013) Pein, Moritz vonIn Software-defined Networks existieren zwei wichtige Gründe, die Kontrollebene auf mehrere Controller zu verteilen. Erstens ist es für die Skalierbarkeit des Systems wichtig, Zuständigkeiten flexibel auf mehrere Controller zu verteilen und zweitens muss ein Ausfall eines Controllers durch andere Controller toleriert und aufgefangen werden können. Außerdem ist eine Verteilungstransparenz der Kontrolllogik erwünscht, die es Kontrollanwendungen ermöglicht, Routen ohne große Kenntnisse des Netzwerks zu schreiben. Bei der Aktualisierung von Weiterleitungstabellen durch mehrere Controller treten durch asynchrone Kommunikation und konkurrierende Updates Inkonsistenzen in den Weiterleitungstabellen auf, die eine Koordination des Ablaufs nötig machen. Inkonsistenzen entstehen dadurch, dass innerhalb kurzer Zeit zwei Schreibaufträge für konkurrierende Routen gestartet werden und diese in unterschiedlicher Reihenfolge bei den Switchs verarbeitet werden, wodurch beide Flows unvollständig implementiert werden und Schleifen entstehen können. In dieser Arbeit wird eine verteilte Control Coordination Middleware vorgestellt, die zwei Mechanismen anbietet, durch die diese Inkonsistenzen verhindert werden. In der Locking-Variante muss ein Agent, der einen Flow einrichtet, erst eine Sperre über das Matching-Kriterium beantragen, bevor er die Updates verschicken darf. In der Logical-Clock-Variante werden die Updates mit Zeitstempeln versehen, die es den Switchs ermöglichen, veraltete Updates zu verwerfen.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 Eine OSLC-Plattform zur Unterstützung der Situationserkennung in Workflows(2015) Jansa, PaulDas Internet der Dinge gewinnt immer mehr an Bedeutung durch eine starke Vernetzung von Rechnern, Produktionsanlagen, mobilen Endgeräten und weiteren technischen Geräten. Derartige vernetzte Umgebungen werden auch als SMART Environments bezeichnet. Auf Basis von Sensordaten können in solchen Umgebungen höherwertige Situationen (Zustandsänderungen) erkannt und auf diese meist automatisch reagiert werden. Dadurch werden neuartige Technologien wie zum Beispiel "Industrie 4.0", "SMART Homes" oder "SMART Cities" ermöglicht. Komplexe Vernetzungen und Arbeitsabläufe in derartigen Umgebungen werden oftmals mit Workflows realisiert. Um eine robuste Ausführung dieser Workflows zu gewährleisten, müssen Situationsänderungen beachtet und auf diese entsprechend reagiert werden, zum Beispiel durch Workflow-Adaption. Das heißt, erst durch die Erkennung höherwertiger Situationen können solche Workflows robust modelliert und ausgeführt werden. Jedoch stellen die für die Erkennung von Situationen notwendige Anbindung und Bereitstellung von Sensordaten eine große Herausforderung dar. Oft handelt es sich bei den Sensordaten um Rohdaten. Sie sind schwer extrahierbar, liegen oftmals nur lokal vor, sind ungenau und lassen sich dementsprechend schwer verarbeiten. Um die Sensordaten zu extrahieren, müssen für jeden Sensor individuelle Adapter programmiert werden, die wiederum ein einheitliches Datenformat der Sensordaten bereitstellen müssen und anschließend mit sehr viel Aufwand untereinander verbunden werden. Im Rahmen dieser Diplomarbeit wird ein Konzept erarbeitet und entwickelt, mit dessen Hilfe eine einfache Integration von Sensordaten ermöglicht wird. Dazu werden die Sensoren über eine webbasierte Benutzeroberfläche oder über eine programmatische Schnittstelle in einer gemeinsamen Datenbank registriert. Die Sensordaten werden durch REST-Ressourcen abstrahiert, in RDF-basierte Repräsentationen umgewandelt und mit dem Linked-Data Prinzip miteinander verbunden. Durch die standardisierte Schnittstelle können Endbenutzer oder Anwendungen über das Internet auf die Sensordaten zugreifen, neue Sensoren anmelden oder entfernen.Item Open Access Konzepte und Algorithmen zur Datensynchronisation mit Cloud-Datenzentren(2012) Hummel, PaulCloud Computing überzeugt immer mehr durch seine Vorteile, wie z. B. Verfügbarkeit, Skalierbarkeit und Kosteneffizienz. Ein aktuelles Forschungsthema ist die Synchronisation der Daten mit Cloud-Rechenzentren. In dieser Arbeit betrachten wir daher Aspekte, die bei diesem Problem im Mittelpunkt stehen. Zuerst werden in dieser Arbeit theoretische Grundlagen und aktuelle Technologien untersucht. Anschließend wird das hier betrachtete Synchronisations-Problem genauer beschrieben und potentielle Lösungsansätze vorgestellt. Das Ziel ist es, die lokalen Datenbanksysteme durch den Einsatz des Cloud Computings überflüssig zu machen und dabei die Vorteile des lokalen Datenbanksystems zu behalten. Es werden eine Architektur und Mechanismen entwickelt, ein Ausschnitt der Lösung implementiert und evaluiert. Abschließend wird die Arbeit zusammengefasst und ein Ausblick auf mögliche zukünftige Arbeiten gegeben.Item Open Access Konzeption und Implementierung eines skalierbaren Systems zur Verfolgung mobiler Objekte(2011) Biliniewicz, Daniel AlexanderHeutzutage besitzen viele mobile Geräte wie Smartphones eine immer größere werdende Anzahl verschiedener Sensoren. Die Nutzung dieser, insbesondere in städtischen Gebieten, in hoher Zahl vorhandenen Geräte als mobiles Sensornetzwerk, eröffnet zur Zeit einen neuen Forschungsbereich, der als public sensing bezeichnet wird. In dieser Arbeit betrachten wir hierbei die Nutzung eines solchen Systems zur Verfolgung mobiler Objekte. Dabei legen wir unseren Fokus auf die Effizienz, hinsichtlich der gesamt übertragenen Daten zwischen mobilen Geräten und der Infrastruktur, bei gleichzeitig hoher Effektivität bezüglich der gemeldeten Objektpositionen. Um dies zu realisieren entwickeln wir einen auf einem Gitter basierenden Ansatz, der unter Einbeziehung der Mobilität der Objekte Suchaufträge gezielt an die mobilen Geräte verteilt. Der entworfene Ansatz wird in Simulationen mittels des Netzwerksimulators ns2 hinsichtlich seiner Effizient und Effektivität für verschiedene Gittergrößen untersucht. Hierfür vergleichen wir ihn mittels realistischer Mobilitätsdaten mit einem maximal effektiven Basis-Ansatz. Es zeigt sich, dass der Gitter-Ansatz bei nahezu gleichbleibender Effektivität, im Vergleich zum Basis-Ansatz, die Menge der übertragenen Daten minimiert.Item Open Access Implementierung eines Peridynamik-Verfahrens auf GPU(2012) Diehl, PatrickThis thesis presents an approach for implementing a Peridynamic technique on a Graphics Processing Unit (GPU). The Peridynamic theory is a non local theory in continuum mechanic, with a focus on discontinuous functions as they arrive in fracture mechanics. The word Peridynamic is the syncrisis of the two Greek words peri = near and dynami = force. The principle of this theory is, that particles in a continuum interact with other particles in a finite distance by exchanging forces. For the implementation on the GPU the Compute Unified Device Architecture (CUDA) is used.Item Open Access Implementierung und Anwendung von Laplacian-Eigenmap Verfahren(2012) Saleh, RamzyMit dem Laplacian-Eigenmap-Verfahren kann man auf eine bestimmte Punktmenge im Raum eine Struktur oder eine Ordnung einführen. In dieser Arbeit wurde eine spezielle Ordnung verfolgt, die eine Punktmenge so miteinander ordnet, dass Punkte, die nah beieinander liegen, zusammen gehören. Dieses Vorgehen wird detailliert und anhand vieler Beispiele vorgestellt. Weiterhin werden Operationen der Matrix-Matrix-Multiplikation als 3D-Koordinaten betrachtet und eine neue Struktur darauf definiert, die Operationen miteinander ordnet, die den gleichen Operanden besitzen. Die Anwendung des Laplacian-Eigenmap-Verfahren auf diesen 3D-Koordinaten und ihre neue Struktur liefert als Ausgabe die Operationen der Matrix-Matrix-Multiplikation in einer für den Cache sehr effizienten Reihenfolge. Diese erstellte Multiplikationsfolge, die ich Laplace-Folge genannt habe, wird in dieser Arbeit einer vergleichenden Analyse mit 2 anderen, etablierten Verfahren unterzogen. Im Vergleich zu der konservativen Matrix-Matrix-Multiplikation (Zeile aus Matrix A multipliziert mit Spalte aus Matrix B.) führt die erwähnte Multiplikationsfolge zu einer deutlich besseren Cache-Ausnutzung, die einer Cache-Ausnutzung-Kurve wie bei der Peano-Multiplikation-Folge (Beruht auf die Peano-Kurve und bekannt für ihre effiziente Cache-Ausnutzung.) ähnelt und nahekommt, jedoch etwas schlechtere Werte aufweist.