Universität Stuttgart
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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 Das ASCEND-Modell zur Unterstützung kooperativer Prozesse(2002) Frank, Aiko; Mitschang, Bernhard (Prof. Dr.)Es wird eine neue Klasse von kooperativen Prozessen bestimmt und durch Beispiele betrachtet, deren Unterstützung durch das ASCEND Designflow Model(ADM) erfolgen soll. Diesen Prozessen ist der Bedarf nach Interaktion, Kooperation, kooperativer Nutzung gemeinsamer Ressourcen, Delegation von Teilar-beiten, strukturierten und weniger strukturierten Teilprozessen, Integration von Arbeitsergebnissen und Abstimmung von Aktionen gemein. Daraus wird die Forderung an eine geeignete Benutzerunterstützung abgeleitet, die den Nutzern die geeignete Unterstützung in Form entsprechend konfigurierbarer Dienste zur Verfügung stellt. Es werden Technologien vorgestellt und bewertet, die Teile der aufgestellten Forderungen erfüllen können. Der Schwerpunkt dieser Untersuchung betrifft CSCW und Workflow-Management. Eine weitere Klasse von Systemen zur Durchführung von Arbeiten sind CAD-Frameworks, die spezialisierte Dienste für den technischen Entwurf anbieten. Für die Realisierung der von uns gewünschten flexiblen Zugriffsregelung werden außerdem einige Aspekte der Agententechnologie betrachtet, insbesondere Verhandlungsprotokolle. Aufgrund der so gewonnenen Erkenntnisse wird ein Lösungsansatz präsentiert, der auf einer geeigneten Integration dieser Technologien basiert. Dieser Lösungsansatz wird durch das ASCEND Designflow Model umgesetzt. Dieses Modell verwendet drei wesentliche Aspekte: ein Aktivitätenmodell, einen Informationsraum und Interaktionsprotokolle. Workflow-Management stellt eine ideale Technologie für die Automatisierung der Steuerung von strukturierten Teilprozessen dar. Das Aktivitätenkonzept ist eine geeignete Basis zur Repräsentation von abhängigen Arbeitsschritten. Daher werden diese Konzepte weitgehend in das ADM integriert. Das Aktivitätenkonzept zur Modellierung und Durchführung abgegrenzter Arbeitsschritte hilft die Aufgabenverteilung und Vorgehensweise von Entwurfsprozessen, soweit möglich, zu strukturieren. Bspw. nutzt die Delegations-Beziehung des ADM Aktivitäten zur Spezifikation verschiedener Unteraufträge. Außerdem werden sogenannte Workflow-Aktivitäten eingeführt, die alle Eigenschaften eines Workflows übernehmen und innerhalb eines Entwurfsprozesses ausgeführt werden können. Dadurch wird eine geeignete Unterstützung gut strukturierter Teilprozesse erreicht. Weiterhin werden primitive Aktivitäten zum Kapseln von Werkzeuganwendungen und Groupware-Aktivitäten zur Durchführung von wenig strukturierten Teilarbeiten eingeführt. Eine Besonderheit stellen die Designflow-Aktivitäten dar, die durch sogenannte Design-Primitive eine erweiterte Funktionalität realisieren. So können anpaßbare Constraints angewendet werden, welche die Abhängigkeiten zwischen den in einer Designflow-Aktivität enthaltenen Ressourcen und Aktivitäten beschreiben. Durch die weitgehende Definierbarkeit solcher Constraints, besteht die Möglichkeit anwendungsspezifische Abhängigkeiten einzuführen und eine flexible Ablaufunterstützung zu erreichen. Aufgrund der Forderung nach frühem Austausch von gemeinsamen Ergebnissen, der Bearbeitung gemeinsamer Daten und der Abhängigkeiten bezüglich Daten und Ergebnissen, die in verschiedenen Teilprozessen erarbeitet werden, ist eine Abstimmung zwischen den am Prozeß teilnehmenden Personen notwendig. Dafür wird die gemeinsame Nutzung von Ressourcen im Rahmen eines gemeinsamen Informationsraums eingeführt. Dadurch können unvorherbestimmte Abläufe über die Objektzugriffe koordiniert werden. Zur Durchführung und Abstimmung der Nutzung gemeinsamer Objekte werden Protokolle in Konversationsmustern angewendet, die zum einen eine gewisse Weise des Zugriffs vorschreiben, aber auch die Möglichkeit zur Verhandlung anbieten. Diese Verhandlung, wie sie bei konkurrierenden Zugriffen oder bei der Durchführung des sogenannten Delegationsprotokolls auftreten, stellen ein mächtiges Werkzeug zur Interaktion zwischen allen Entitäten des ADM dar, d.h. zwischen Akteuren, Objekten und Aktivitäten. Die Effekte der Interaktionen werden komplett durch das zugrunde liegende System unterstützt, womit eine konsistente Behandlung ermöglicht ist. Die flexible Einsetzbarkeit, die Anpaßbarkeit und die Erweiterbarkeit der Protokolle ermöglicht einen hohen Grad der Anpassung des ADM an verschiedenste kooperative Prozesse. Damit unterstützt das ADM zum einen Entwurfsprozesse, die teilweise gut strukturiert sind. Zum anderen erlauben die eingeführten Entwurfskonstrukte (bspw. Delegation, Objektzugriffe und Constraints), auch schwächer strukturierte Teilprozesse und damit ein wesentliches Merkmal des Entwurfs bzw. der in dieser Arbeit anvisierten kooperativen Prozesse zu unterstützen. Somit wird erreicht, daß die passendste, unterstützende Technologie für den jeweiligen Teilprozeß verwendet werden kann. Dadurch werden die verschiedenen Anforderungen bezüglich koordinativer, wie auch kooperativer Zusammenarbeit erfüllt.Item Open Access Strategien und Algorithmen zur interaktiven Volumenvisualisierung in digitalen Dokumenten(2002) Engel, Klaus; Ertl, Thomas (Prof. Dr.)Diese Arbeit zeigt neue Strategien und Algorithmen auf, die eine interaktive Visualisierung umfangreicher wissenschaftlicher Volumendaten auf einer Vielzahl unterschiedlicher Client-Architekturen und Netzwerkverbindungen in digitalen Netzwerken ermöglichen. Dies wird auf unterschiedliche Weise erreicht, wobei oftmals eine Kombination verschiedener Algorithmen und Strategien zum Erfolg führt. Bei der Implementierung der vorgestellten Verfahren wird dabei großer Wert auf Architekturneutralität und die Verwendung von Internet-Standards gelegt. Mit Hilfe der vorgestellten Methoden können Volumendaten in digitalen Dokumenten mit bisher unerreichter Qualität und Geschwindigkeit in interaktiven Bilderwiederholraten dargestellt werden. Diese Ergebnisse werden deutliche Wirkung auf weitere Forschungsaktivitäten haben und eröffnen gleichzeitig ein breites Anwendungsfeld in den Ingenieurwissenschaften, der Medizin, der Physik, der Chemie sowie Bildung und Lehre.Item Open Access Interaktive Visualisierungssysteme zur beschleunigten Analyse von Simulationsergebnissen im Fahrzeugentwicklungsprozess(2002) Schulz, Martin; Ertl, Thomas (Prof. Dr.)Die vorliegende Arbeit zeigt neue Methoden zur Beschleunigung der Analyse von numerischen Berechnungen auf. Ziel war es, die Arbeit der Berechnungsingenieure im Postprocessing durch die Bereitstellung von interaktiven und intuitiven Visualisierungswerkzeugen zu erweitern. Hierfür wurden die Arbeits- und Vorgehensweisen der Ingenieure betrachtet, darauf aufbauend Visualisierungsverfahren und -algorithmen entwickelt und im produktiven Prozess erprobt. Durch den Einsatz von Techniken der virtuellen Realität entstanden prototypische Applikationen mit neuen Interaktionsmechanismen und mit Unterstützung von neuartigen Ein- und Ausgabegeräten. Im Bereich der Finite-Element-Simulationen wurden Methoden für den Umgang mit zeitabhängigen Geometrien und Volumen betrachtet, wie sie in der Crashtest-, Schwingungs-, Kinematik- und Akustiksimulation vorkommen. Verfahren zur Selektion, Transformation, Schnittberechnung animierter Objekte und propagierende Isoflächen wurden für die Darstellung von zeitabhängigen Daten untersucht. Die Arbeiten im Bereich der Strömungssimulation konzentrierte sich auf die Visualisierung von lokal verfeinerten kartesischen Gittern mit expliziter Geometriebeschreibung. Für die interaktive Visualisierung wird eine effiziente Datenspeicherung und -verwaltung der Volumen- und Geometrieelemente vorgestellt, auf deren Basis optimierte Algorithmen für die Zelllokalisierung, Partikelbahn- und Schnittebenenberechnung untersucht wurden. Umgesetzt wurden die Methoden in den beiden Visualisierungssystemen VtCrash und PowerVIZ. Für die Zusammenarbeit mehrerer Benutzer wurde in den Prototypen kooperatives Arbeiten untersucht. Beide Applikationen kamen in den beteiligten Abteilungen der BMW Group sowohl am Arbeitsplatz, im Projektionsraum und in der CAVE zum Einsatz. Die Erfahrungen im produktiven Entwicklungsprozess der BMW Group und das Interesse an kommerziellen Varianten der Prototypen haben die Einsatzreife dieser Techniken bestätigt.Item Open Access Vorabübertragung ortsbezogener Informationen zur Unterstützung mobiler Systeme(2002) Kubach, Uwe; Rothermel, Kurt (Prof. Dr. rer. nat. Dr. h. c.)Mit der zunehmenden Verbreitung mobiler Endgeräte wächst auch der Bedarf in mobilen Umgebungen auf entfernt gespeicherte Informationen zuzugreifen. Wie aktuelle Studien belegen, kommt dabei zukünftig ortsbezogenen Diensten (Location-Based Services, LBS) eine besondere Bedeutung zu. Diese Dienste ermöglichen es dem Benutzer, abhängig von seinem gegenwärtigen Aufenthaltsort, auf lokale Informationen, beispielsweise Informationen zu Restaurants, Kinoprogramme oder Staumeldungen, zuzugreifen. Mobile Informationszugriffe erfolgen meist über drahtlose Netzwerke, in denen häufig Probleme wie geringe Bandbreite, große Verzögerungen oder Verbindungsausfälle auftreten. In dieser Arbeit wird ein Verfahren vorgeschlagen, das diese Probleme weitgehend löst, indem es vorhersagt, welche Informationen ein Benutzer voraussichtlich benötigten wird und sie im Voraus auf sein mobiles Endgerät überträgt. Greift der Benutzer dann tatsächlich auf die vorab übertragenen Informationsobjekte zu, sind sie bereits lokal auf dem mobilen Endgerät vorhanden und stehen somit unmittelbar zur Verfügung. Für eine möglichst präzise Vorhersage der benötigten Informationen nutzt das beschriebene Verfahren Beziehungen zwischen Informationen und Orten, wie sie in mobilen Informationssystemen, insbesondere in ortsbezogenen Systemen, häufig zu finden sind, aus. Sie erlauben es, aus Kenntnissen über den aktuellen und zukünftigen Aufenthaltsort eines Benutzers Rückschlüsse auf die benötigten Informationen zu ziehen. Die Kenntnisse über den Aufenthaltsort erhält das Verfahren durch eigene Beobachtung oder wahlweise aus externen Informationsquellen. Ferner werden die Beziehungen zwischen Informationen und Orten selbständig erkannt. Das Verfahren reagiert sogar dynamisch auf Veränderungen in diesen Beziehungen.Item Open Access Hierarchische Graphen zur Wegesuche(2000) Buchholz, Friedhelm; Claus, Volker (Prof. Dr.)In dieser Arbeit wird ein Zwei-Phasenmodell zur effizienten Entfernungsberechnung in gewichteten Graphen untersucht. Bekannte Anwendungsgebiete sind Verkehrsinformationssyteme, VLSI Design, Verteiltes Rechnen und geometrische und parallele Algorithmen. In einer Preprocessing-Phase wird zu einem Graphen ein Hierarchischer Graph (HG) konstruiert, der in der Online-Phase zur Entfernungsberechnung eingesetzt wird. Es werden die Laufzeit (T) der Preprocessing-Phase, die Groesse (S) des HG'en und die Laufzeit (Q) der Online-Phase untersucht. Zwei kontraere Modellierungsansaetze werden vorgestellt: Geeignete Knoten und ein rekursives Separationskonzept. Das Konzept mit Geeigneten Knoten wird auf Levelgraphen verallgemeinert und es wird gezeigt, dass die Berechnung einer minimalen Geeigneten Knotenmenge NP-vollstaendig ist. Die Approximation bzgl. der Groesse der Geeigneten Knotenmenge kann bis auf einen logarithmischen Faktor und bezueglich des Umgebungsabstands bis auf einen konstanten Faktor in polynomieller Laufzeit durchgefuehrt werden. Im Falle von planaren Graphen wird mittels eines erweiterten Separationskonzepts (Ideen von Lingas 1990 und von Didjev 1996 werden kombiniert) gezeigt, dass HG'en von fast linearer Groesse genuegen, um Q in O(n {1.5} log 3 n) zu gewaehrleisten. Dieses Resultat ist modulo logarithmischer Faktoren optimal. Ausserdem wird ein neuer Parameter 'Separatorweite' fuer Graphen eingefuehrt und es wird konstruktiv gezeigt, dass die Separatorweite unabhaengig von der Baumweite ist, aber hoechstens um einen logarithmischen Faktor von der Baumweite abweicht. Am Beispiel wird gezeigt, dass eine logarithmische Abweichung auftreten kann.Item Open Access Sicherheit in Mobile-Agenten-Systemen(2001) Hohl, Fritz; Rothermel, Kurt (Prof. Dr.)Mobile Agenten sind Programminstanzen, die in der Lage sind, sich selbstständig zwischen verschiedenen, eventuell fremden, Ausführungsumgebungen zu bewegen und, unter Ausnutzung lokaler Ressourcen, Aufgaben zu erfüllen. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Frage der Sicherheit zwischen mobilen Agenten und deren Ausführungsumgebungen. Die Aufgabenstellung umfasst zwei Teilbereiche. Im Bereich des Schutzes der Ausführungsumgebung vor Angriffen durch mobile Agenten werden die möglichen Angriffe und die existierenden Lösungsansätze vorgestellt. Der zweite Teilbereich umfasst den Schutz mobiler Agenten vor Angriffen durch ihre Ausführungsumgebung. Hier werden ebenfalls zunächst die möglichen Angriffe geschildert. Weiter wird ein Modell der Wirtsmaschine und des Angreifers erarbeitet, das es erlaubt, die möglichen Angriffe zu illustrieren. Unter Benutzung einer neuen Kategorisierung werden dann verwandte Arbeiten erläutert. Im Bereich des Schutzes vor einzelnen Angriffen werden existierende Verfahren untersucht, die bestimmte Angriffe gegen einen mobilen Agenten durch Vergleich mit Referenzzuständen entdecken können. Durch eine Kombination dieser Verfahren wird dann ein neues Verfahren entwickelt sowie diskutiert. Um mobile Agenten vor allen Angriffen zu schützen, wird danach das Gesamtproblem des Schutzes mobiler Agenten auf ein kleineres Problem reduziert indem die sog. Blackbox-Eigenschaft mobiler Agenten angenommen wird. Darauf folgend werden zwei Verfahrensklassen beschrieben, die diese Eigenschaft gewährleisten sollen. Für die Klasse der nicht-interaktiven Auswertung von verschlüsselten Funktionen werden drei existierende Mechanismen beschrieben. Um einen Nachteil der existierenden Verfahrensklasse zu überwinden, wird dann eine neue Verfahrensklasse vorgestellt, die aber eine Zeitbeschränkung des erzielten Schutzes aufweist. Abschließend wird ein neues Protokoll beschrieben, das den sog. Blackbox-Test verhindert.Item Open Access Ressourcenreservierung und Task-Plazierung in verteilten Multimedia-Systemen(1999) Dermler, Gabriel; Rothermel, Kurt (Prof. Dr.)In dieser Arbeit werden grundlegende Aspekte der Dienstgüteerbringung für verteilte Multimedia-Anwendungen untersucht. Aufbauend auf einer Anwendungsmodellierung in Form von Flußgraphen, die aus Verarbeitungskomponenten zusammengesetzt werden, sowie einer Dienstgütearchitektur, die Dienstgütebegriffe auf der Anwendungs- und der Systemebene unterscheidet, werden Konzepte und Lösungen erarbeitet, die eine garantierte und optimierte Bereitstellung von Dienstgüte ermöglichen. Einen Schwerpunkt bilden Protokolle zur Reservierung von Ressourcen, die auf komplexe Flußgraphen anwendbar sind. Die Protokolle erlauben individuelle Dienstgütevorgaben an den Senken eines Flußgraphen und berücksichtigen die Verfügbarkeit von Rechner- und Netzwerkressourcen sowie funktionale Einschränkungen, die durch das Design der Komponenten definiert sind. Ferner sind sie unabhängig von der Verteilung der Komponenten auf Rechnern eines verteilten Systems anwendbar und in der Lage Dienstgütegarantien sicherzustellen. Als ein zweiter Schwerpunkt werden Mechanismen zur Plazierung von Anwendungskomponenten vorgestellt, die eine optimale Ausnutzung von Ressourcen in einem verteilten System sicherstellen. Hierzu werden Algorithmen zur Berechnung günstiger Plazierungen entwickelt und bewertet. Ferner wird ein Protokoll vorgestellt, welches zur Instanziierung eines Flußgraphen verwendet werden kann. Auf der Grundlage der vorgestellten Konzepte wird die Beziehung zwischen der Plazierung eines Flußgraphen sowie der erforderlichen Ressourcenreservierung dargestellt.Item Open Access Konzepte und Techniken der Datenversorgung für komponentenbasierte Informationssysteme(1999) Sellentin, Jürgen; Mitschang, Bernhard (Prof. Dr.-Ing. habil.)Rechnergestützte Informationssysteme stellen heutzutage für viele Branchen ein unverzichtbares Hilfsmittel dar. Ohne sie wäre die Komplexität von Abläufen und die damit verbundene Menge von Daten kaum noch zu bewältigen. Dieser Sachverhalt trifft insbesondere für die Entwicklung neuer Produkte zu, bei der zunächst extrem viele Daten aus vorangegangenen Arbeiten und zugrundeliegenden Richtlinien zu berücksichtigen sind. Gleichzeitig entsteht während der Entwicklung eine Menge neuer Daten, die später als Grundlage der Produktion dienen. Wir betrachten deshalb rechnergestützte Entwurfsumgebungen als repräsentatives Beispiel für datenintensive Informationssysteme, bei denen sowohl große Mengen von Daten gelesen als auch erzeugt bzw. geschrieben werden. Anhand dieses Szenarios werden wir deshalb die einzelnen Aspekte und Probleme diskutieren und verdeutlichen. Neben der reinen Diskussion von Datenversorgungsstrategien wollen wir weiterhin ausgewählte Methoden anhand eines Prototypen evaluieren. Als Basis dient uns dabei die neu entwickelte Anbindung des SDAI (Standard Data Access Interface) von STEP an die Sprache Java (ISO 10303-27). Diese wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit wesentlich mitgestaltet und ermöglicht den simultanen Zugriff auf unterschiedliche Datenquellen über unterschiedliche Datenversorgungsstrategien. Wir werden mit unseren Prototypen zwei verschiedene CORBA-basierte Lösungen einem JDBC-basierten Ansatz gegenüberstellen. Die Datenquellen und ihre Zugriffsschnittstellen sind dabei als sog. Data Modules in die SDAI-Schnittstelle integriert. Es zeigt sich, daß CORBA unter gewissen Umständen zur Realisierung einer effizienten Datenversorgung benutzt werden kann, das zugrundeliegende Modell aber nicht dem eigentlichen Grundgedanken von CORBA entspricht. Insbesondere lassen sich nur wenige der standardisierten CORBA-Komponenten (sog. Services und Facilities) benutzen.
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