Architektur vernetzter Systeme. Seminar

This technical report comprises student papers within assignments for the seminar ``Architektur vernetzter Systeme\u27\u27. It took place at the Institute of Telematics of the University of Karlsruhe in summer 1999. Main topics for discussion contained CORBA extensions, tools and systems for mobile applications and also optimization concepts for large distributed systems

Ein komponentenbasiertes Meta-Modell kontextabhängiger Adaptionsgraphen für mobile und ubiquitäre Anwendungen

Gegenwärtige Infrastrukturen für verteilte Dienste und Anwendungen, insbesondere das Internet, entwickeln sich zunehmend zu mobilen verteilten Systemen. Durch die Integration drahtloser Netze, mobiler bzw. dedizierter Endgeräte und nicht zuletzt durch die Mobilität der Benutzer steigt die Heterogenität und Dynamik der Systeme hinsichtlich der eingesetzten Endgeräte, Kommunikationstechnologien sowie Benutzeranforderungen und Anwendungssituationen. Diese Eigenschaften sind mobilen Systemen inhärent und bleiben trotz der fortschreitenden Entwicklung der Technologien bestehen. Daraus resultieren spezifische Anforderungen an Anwendungen und Dienste, denen insbesondere die Softwareentwicklung Rechnung tragen muss. In der vorliegenden Arbeit wird die Adaptivität von Softwaresystemen als wesentlicher Lösungsansatz für mobile verteilte Infrastrukturen thematisiert. Dazu werden wesentliche Mechanismen zur Adaption sowie der Überschneidungsbereich von Adaptionsmechanismen, "Context-Awareness" und Softwareentwicklung untersucht. Ziel ist es, Erkenntnisse über Basismechanismen und Grundprinzipien der Adaption zu gewinnen und diese zur systematischen Entwicklung adaptiver Anwendungen auszunutzen. Aus der Analyse des State-of-the-Art werden als erstes wichtiges Ergebnis der Arbeit wesentliche Basismechanismen zur Adaption identifiziert, umfassend klassifiziert und hinsichtlich eines Einsatzes in mobilen verteilten Infrastrukturen bewertet. Auf dieser Grundlage wird ein Meta-Modell zur systematischen Entwicklung adaptiver Anwendungen erarbeitet. Dieses erlaubt die Beschreibung adaptiver Anwendungen durch die Komposition von Basismechanismen zur Struktur- und Parameteradaption. Die Steuerung der Adaption durch Kontext und Meta-Informationen kann explizit beschrieben werden. Das Meta-Modell kann Entwickler beim Entwurf adaptiver Anwendungen unterstützen, stellt aber auch einen Ausgangspunkt für deren Analyse und Validierung sowie zur Kodegenerierung dar. Durch die explizite Beschreibung der verwendeten Adaptionsmechanismen und deren Abhängigkeiten von Kontext können Anwendungsmodelle außerdem zur Dokumentation verwendet werden. Im Rahmen der Validierung konnte die Integrierbarkeit der Basismechanismen und die flexible Anwendbarkeit des Modells zur systematischen Entwicklung adaptiver Anwendungen nachgewiesen werden

Kontextadaptive Dienstnutzung in Ubiquitous Computing Umgebungen

Die vorliegende Arbeit präsentiert einen Ansatz zur Spezifikation und Implementierung von kontextadaptiven Anwendungen in einer Ubiquitous Computing Umgebung. Grundlegend ist dabei das Konzept der kontextadaptiven Dienstnutzung, die sowohl die kontextadaptive Selektion als auch Ausführung von Diensten umfasst. Die kontextadaptive Selektion erweitert grundlegende Techniken der Dienstvermittlung insofern, dass ein Matching nicht ausschließlich durch die Spezifikation von gewünschten Dienstattributen erfolgt, sondern auch Kontextinformationen Berücksichtigung finden. Die Ausführung eines Dienstes kann ebenfalls an kontextuelle Bedingungen geknüpft werden. Eine realisierte Kombination von kontextadaptiver Selektion und Ausführung ermöglicht eine sowohl personalisierte als auch situationsbezogene Bereitstellung von Diensten. Kern der kontextadaptiven Dienstnutzung ist dabei ein Datenzentrisches Protokoll, welches die Weiterleitung (Routing) von Anwendungsdaten anhand kontextueller Einschränkungen erlaubt. Dieser Ansatz gestattet neben der kontextadaptiven Nutzung individueller Dienste auch die spontane Komposition von Diensten in einer Ubiquitous Computing Umgebung. Ferner wird ein Konzept zur dynamischen Rollenverwaltung für Endgeräte in einer Ubiquitous Computing Umgebung entwickelt und ein Verfahren zur Konstruktion von Kontextinformationen innerhalb eines Ad-hoc-Sensornetzwerks vorgestellt

Klausurtagung des Instituts für Telematik. Mainz 29.-31. März 1998

Der Bericht gibt einen Überblick über aktuelle Forschungsarbeiten des Instituts für Telematik der Universität Karlsruhe in den Bereichen Hochleistungskommunikation, verteilte Systeme, Cooperation&Management und Telekooperation. Er ist in zwei Teile gegliedert. Der erste beschreibt die persönlichen Interessensgebiete der wissenschaftlichen Mitarbeiter. Danach folgt eine Darstellung der Kooperationsprojekte des Instituts. Im Anhang finden sich aktuelle Eigenveröffentlichungen der Mitarbeiter des Instituts. Der Tagungsband entstand im Rahmen der siebten Klausurtagung des Instituts für Telematik, die vom 29. bis zum 31. März 1998 in Mainz abgehalten wurde

Informationssysteme auf der Basis aktiver Hypertextdokumente

Die Arbeit beschäftigt sich mit der Implementierung von Informationssystemen, die mittels Web-Techniken wie etwa der Hypertext Markup Language (HTML), des Hypertext Transport Protocols (HTTP) oder der Extensible Markup Language (XML) erstellt werden. Web-basierte Informationssysteme werden verstärkt eingesetzt, um vollständige Applikationen für die Abwicklung von Geschäftsprozessen zu implementieren. Die Ausgangslage für die Arbeit ist das Fehlen formeller Modelle, mit der solche Systeme umgesetzt werden können, kombiniert mit dem Aufkommen neuer Anwendungsgebiete wie der Business-to-Business-Kopplung mittels Web-basierter Systeme. Im Verlauf der Arbeit werden bestehende Systeme analysiert um darauf aufbauend die Anforderungen für ein Modell zur Beschreibung und Realisierung Web-basierter Anwendungen festzulegen. Das daraus entwickelte Modell stellt die Information, die in solchen Anwendungen ausgetauscht und verarbeitet wird, in den Vordergrund, und setzt als wichtigstes Beschreibungsmittel Hypertextdokumente ein, welche um aktive Komponenten ergänzt zu aktiven Hypertextdokumenten (AHDs) werden. Das Modell für aktive Hypertextdokumente (AHDM) umfaßt ein Informationsmodell, welches den Aufbau aktiver Hypertextdokumente beschreibt, ein Kommunikationsmodell zur Regelung des Informationsaustausches, ein Objektmodell für die Definition des Zusammenspiels der aktiven Bestandteile eines AHDs und ein Laufzeitmodell für die tatsächliche Ausführung der aktiven Bestandteile. Aktive Hypertextdokumente werden als XML-Dokumente realisiert, die entsprechend dem Informationsmodell neben den ursprünglichen Nutzdaten auch Funktionen und Variablen enthalten. Neben dem Modell wird auch eine Vorgehensweise beschrieben, die den Einsatz aktiver Hypertextdokumente erleichtern soll. Die Praktikabilität des Modells wird anhand von Beispielanwendungen demonstriert, die von einfachen, eigenständigen Anwendungen hin zu kooperativen, vernetzten Anwendungen mit mobilen Dokumenten reichen. Die zur Nutzung aktiver Hypertextdokumente notwendigen Werkzeuge werden ebenfalls beschrieben

Dynamisch erweiterbares Trading mit heterogenen Softwarekomponenten

Universal Component Trading (UComT) ist ein neuer Ansatz zum Trading mit (objektorientierten) Softwarekomponenten. Component Trading steht für die Anwendung des Trading-Ansatzes auf objektorientierte Komponentenmodelle (z.B. Java Beans/EJB, CORBA Components, COM, CLI/.NET). Der Begriff Universal in dem Namen bedeutet, dass die Trading-Architektur in der Lage ist, mit beliebigen Komponentenmodellen sowohl als Dienstanbieter (Exporter) als auch als Dienstnutzer (Importer) zusammenzuarbeiten. Ausgehend von einem Metamodell, das die Gemeinsamkeiten der objektorientierten Softwarekomponentenmodelle abbildet, wird mit der Simple XML-based Component Description Language (SXCDL) eine modellübergreifende Strukturbeschreibungssprache in XML-Form entwickelt, in die beliebige Dienstbeschreibungssprachen dynamisch zur Laufzeit integriert werden können. Eine einzelne Komponente kann zahlreiche Dienstbeschreibungen besitzen, die gleiche oder unterschiedliche Sprachen verwenden und von gleichen oder unterschiedlichen Autoren stammen. Der Trader im UComT-Modell bietet dem Importer ferner eine vielfältige Unterstützung für die Nutzung der Komponenten. Zur Validierung der Forschungsergebnisse wird im Rahmen der Arbeit ein Prototyp für den Trader-Server (in C#) und zwei Prototypen für den Trader-Client (in C# und in Java) entwickelt, die die zentralen Konzepte des UComT-Modells realisiere

Entwicklung einer flexiblen Roboterplattform für die Laborautomatisierung im Einzelgefäß-Handling

Die Arbeit beschreibt die Konzeptionierung, Realisierung und Validierung einer flexiblen Laborplattform für das Einzelgefäß-Handling hinsichtlich der eingesetzten Labware, der Anlageneinrichtung und der herstellerunabhängigen Verwendung von Laborgeräten. Realisierungsschwerpunkt war die Programmierung eines Laborroboter-Framework, welches methodenabhängig den kollisionsfreien Labware-Transport zwischen den Peripheriegeräten unabhängig vom eingesetzten Laborroboter sicherstellt. Der reduzierte Integrationsaufwand verdeutlicht die Bedeutung hinsichtlich der Errichtung nachhaltiger Systeme

Dynamische Verwaltung heterogener Kontextquellen in global verteilten Systemen

Im Rahmen der Dissertation wurde ein Middlewaredienst entwickelt und realisiert. Es gestattet die dynamische Verwaltung heterogener Kontextquellen. Das zugrunde liegende Komponentenmodell selbstbeschreibender Context Provieder ermöglicht die lose Kopplung von Kontextquellen und -senken. Es wird durch Filter- und Konverterkomponenten zur generischen Providersselektion anhand domänenspezifischer Merkmale ergänzt. Die Kopplung der verteilten Dienstinstanzen erfolgt durch ein hybrides Peer-to-Peer-System. Dies trägt der Heterogenität der Endgeräte Rechnung, und erlaubt die skalierbare , verteilte Verwaltung von Kontextquellen in globalen Szenarien

Entwurf und Realisierung von komplexen intelligenten Steuerungssystemen

Summary of the Dissertation Subject: "Design and implementation of complex and intelligent control systems" presented by: Dipl.-Ing. Hartmut Wächter Since decentralized event- or objectoriented automation technology could be rarely found in the first half of the 90s, a way to implement complex intelligent automation systems as it was approached especially by "Wächter Engineering Consultants" is presented in this work. The automation system, MKS16 (modular communicative control with 16-bit ?C) designed by the author with the GRIPS design system (graphic interactive planning system) is a solution which is superior in the modular variety of many PLC systems and is ideally suitable for field bus systems and remote control technology. The software solution GRIPS is a very simple design system for process technologists. It comprises intelligent functions such as fuzzy logic and neural networks and allows the crea- tion of new special functions for further developments and project adaptation. Extensive functions can be integrated in projects as C-constructs. The field bus comparison highlights the particular suitability of the LON (local operating net- work) for distributed intelligent systems with project orientation through the standardization of layer 7 of the ISO/OSI layer model. The LONWORKS? technology as well as the MKS16 system are very good for combining devices with totally different tasks, construction and scope of functions. Based on the observations of the Ethernet with TCP/IP, project compatibility and wireless automation systems, some applications implemented with the MKS16 system and LON- WORKS are described. The main emphasis of these projects are remote control solutions with low-cost visualizations (E-control) and intelligent distributed controls with fuzzy logic for environment-technical, biomechatronic devices and systems. In the last demo project a com- plex, inter-trade, house-technical implementation for a school sports hall is illustrated, which represents a successful solution in the combination of a locking system with lighting and heat- ing systems for energy saving. The technical basis is made up of LONWORKS and a visualiza- tion for Facility Management.Da Automatisierungstechnik mit dezentralen ereignisgesteuerten Funktionsprinzipien und Objektorientierung in der ersten Hälfte der 90er Jahre selten zu finden war, stellt die vorliegende Arbeit einen Weg zur Realisierung komplexer intelligenter Automatisierungssysteme vor, wie er speziell im Ingenieurbüro Wächter gegangen wurde. Das vom Autor konzipierte Automatisierungssystem MKS16 (Modulare Kommunikative Steuerung mit 16-Bit-?C) mit dem Entwurfssystem GRIPS (Grafisches interaktives Projektiersystem) ist eine Lösung, die sich in der modularen Vielfalt von vielen SPS-Systemen abhebt und auch für Feldbussysteme und Fernwirktechnik bestens geeignet ist. Die Softwarelösung GRIPS ist ein sehr einfaches Entwurfssystem für Prozesstechnologen. Es beinhaltet bereits intelligente Funktionen wie Fuzzy-Logic und Neuronale Netze, ermöglicht aber auch die Kreation von neuen speziellen Funktionen für die kontinuierliche Weiterentwicklung und Projektanpassung. Man kann auch beliebige C-Konstrukte als umfangreichere Funktionen in Projekte einfügen. Der Feldbusvergleich stellt die besondere Eignung des LON (local operating network) für dezentrale intelligente Systeme mit Projektorientierung durch die Normung der Schicht 7 des ISO/OSI-Schichtenmodells heraus. Die LONWORKS?-Technologie eignet sich genau wie das MKS16-System besonders gut zum Zusammenführen von Geräten mit völlig unterschiedlichen Aufgaben, Ausstattungen und Funktionsumfang. Nach einigen Betrachtungen zu Ethernet mit TCP/IP, Projektkompatibilität und kabellosen Automatisierungssystemen werden einige realisierte Anwendungen mit dem MKS16-System und LONWORKS beschrieben. Schwerpunkte dieser Projekte sind Fernwirklösungen mit preisgünstigen Visualisierungen (E-Control) und intelligente dezentrale Steuerungen mit Fuzzy- Logik für umwelttechnische biomechatronische Geräte und Anlagen. Im letzten Beispielprojekt ist eine komplexe, gewerkeübergreifende, haustechnische Realisierung für eine Schulsporthalle aufgezeigt, die eine gelungene Lösung in der Kombination von einem Schließsystem mit Beleuchtungs- und Heizungsanlagen zur Energieeinsparung darstellt. Die technische Basis bildet LONWORKS und eine Visualisierung für Fassility-Management

Cooperative optimization of compartment air flows using agent-based measuring-, operation- and control-techniques within a Computational Steering environment

Die Planung eines Bauwerks im konstruktiven Ingenieurbau erfordert zur Vermeidung von Konstruktionsfehlern eine enge Kooperation zwischen den beteiligten Fachplanern. Im Rahmen dieser Arbeit wird der Ansatz verfolgt, durch eine kooperative und interaktive Simulation von Entwurfs- und Konstruktionsvarianten der einzelnen Fachmodelle mit gleichzeitiger Visualisierung ihrer Zielfunktionswerte über einen gemeinsamen virtuellen Entwurfsraum eine gegenseitige Verständigung zu verbessern. Durch die schrittweise Modifizierung der einzelnen Fachmodelle, welche in einem IFC Produktmodell vorgehalten werden, ist die interaktive Optimierung des Modells möglich. Der virtuelle Entwurfsraum wird als Softwarelösung realisiert und koppelt Module zur dreidimensionalen Modellierung, Simulation und Visualisierung, welche für einen interaktiven Prozessablauf über automatisierte Schnittstellen verknüpft sind. Ein CAD-System wird zur Modellierung eingesetzt, ein CFD-Kern ermöglicht die Optimierung von Raumluftströmungen unter Berücksichtigung des Klimakomforts. Eine Multi-User-Umgebung erlaubt den vernetzten Zugriff der Fachplaner. Interaktive Elemente des Entwurfsraums wurden durch die Verwendung des Computational Steering Ansatzes unter Einbezug einer Virtual Reality Umgebung sowie einer Großrechenanlage realisiert. Das als Datenbasis eingesetzte IFC Produktmodell wird über einen automatisierten Modelltransfer in ein für den Simulationskern ein interpretierbares Berechnungsmodell abgeleitet, welches auch für die Strömungssimulation notwendige Randbedingungen beinhaltet. Der Software-Prototyp ermöglicht die Konzeption von HVAC-Systemen. Hierbei werden mess-, steuer- und regeltechnische Prozesse einer Klimaanlageninstallation emuliert und mit dem Entwurfsraum gekoppelt. Durch sensorisch erfasste Größen wie Raumtemperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftgeschwindigkeit wird die einströmende Luft aus den Klimamodulen dynamisch angepasst. Dies erfolgt durch den Einsatz von Software-Agenten.Functional Design of complex CAE objects in civil engineering requires a close co-operation of specialists in various disciplines. An automated computer-assisted system serving as a framework for this process would presuppose a consistent theoretical description of all partial models as part of an object and process oriented generalized theory about the interactions of all building components and processes. This thesis describes a heuristic strategy: A group of engineers from different disciplines come together in an interactive and virtual design space and evaluate in close cooperation the mutual implications of their specific design variants. In the course of a step-by-step modification of the partial models which are condensed into a single IFC product model, the interactive optimization of this model is potential. The virtual design space is developed as a software-prototype and is based on several linked modules for three-dimensional modeling, simulation and visualization with automated interfaces to allow an interactive process flow. The basis for the modeler is a CAD-system. A CFD-kernel allows the optimization of the airflow within a room with respect to the human wellness index. The virtual design space may externally be modified by additional engineers by utilizing a multi-user-environment. Interactive elements of the design space are introduced by utilizing a computational steering system, a virtual reality environment and a pc-cluster as compute server. The IFC product model as a data basis is transformed into an interpretable calculation model for the CFD simulation within an automated model transfer. The dynamical behavior of HVAC installations depending on the climatic conditions inside a room which is controlled by measuring-, operation- and control- techniques can be emulated by interactive software-agents, which are bidirectionally coupled with the simulation kernel and wrap the HVAC objects of the modeler