Task Allokation für effiziente Edge Computing Systeme

Im Bereich von Edge Computing nimmt die Rechenleistung in direkter Nähe zu den Sensoren stetig zu. Infolgedessen gibt es immer mehr rechen- und datenintensive Anwendungen, die im Edge Bereich ausgeführt werden können. Gleichzeitig befinden sie sich in einer sich ständig verändernden Systemumgebung. Um Ausfallzeiten und lange Redesign-Schleifen zu reduzieren, werden Selbstanpassungsfähigkeiten benötigt. Die automatische Reallokation der ausgeführten Aufgaben auf die Rechenknoten ist eine mögliche Selbstanpassungsmaßnahme. Die Reallokation sollte jedoch mit den verschiedenen Anforderungen, Einschränkungen und Spezifikationen des Entwurfs konform sein. Dabei besteht eine große Herausforderung darin, dass die Allokationsentscheidung schnell genug für die Berechnung zur Laufzeit sein sollte. Der Fokus dieser Arbeit ist die Realisierung einer effizienten Allokation, die Bedürfnisse in Form von Policies nutzt, um eine automatische Reallokation zur Laufzeit zu berechnen. In dieser Arbeit wurde eine effiziente Allokationsmethode entwickelt, die eine kombinierte Betrachtung von Ressourcenverfügbarkeit, Anwendungsbedarf und problemspezifischer Effizienzdefinition realisiert. Der Ansatz verfolgt eine modulare Beschreibung dieser Aspekte für die Allokation in Form von komponentenspezifischen Policies. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der Allokation aufgrund von Veränderungen im laufenden Betrieb. Hierfür wird das Zuordnungsproblem zur Entwicklungszeit modelliert und die Informationen im Betrieb genutzt. Mit diesem Konzept konnten zwei industrielle Anwendungen modelliert und unterschiedliche Zuordnungen berechnet werden. Die Skalierbarkeit des Konzepts wurde durch Messungen validiert. Die Reallokation zur Laufzeit wurde mit einem Container Framework implementiert. Darauf aufbauend wurde der Overhead der Allokationsberechnung zur Laufzeit gemessen und in den Kontext der Reallokationszeit gesetzt. Die Berechnung einer effizienten Allokation trägt zur Autonomie von Recheninfrastrukturen bei. Dadurch erhöhen sich die Fähigkeiten zur Selbstadaption und die Resilienz dieser Rechennetze. Das spielt nicht nur im industriellen Edge-Cloud Kontext eine Rolle, sondern auch im Automobil, wenn zur Laufzeit über dynamische Betriebsstrategien entschieden werden soll

Methods and tools for ontology-based software development

Wiederverwendung wird in der Software-Technik eingesetzt, um sowohl Effizienz als auch die Qualität eines Produkts konstruktiv zu beeinflussen. Während einem Software-Projekt in den späten Phasen ausgereifte Techniken und Werkzeuge zur Verfügung stehen, fehlt weitgehend eine entsprechende Unterstützung bei der Untersuchung des Gegenstandsbereichs und der zugehörigen konzeptuellen Modellierung der Anforderungen. Dabei haben diese Aktivitäten einen entscheidenden Einfluss auf spätere Entwicklung und erfolgreiche Durchführung eines Software-Projekts. Um die Wiederverwendung auf der konzeptuellen Ebene zu ermöglichen, wird in dieser Arbeit zunächst eine Infrastruktur entwickelt, die mit Hilfe einer Domänen-Ontologie einen Wissens-Austausch zwischen den beteiligten Projekten erlaubt. Anschließend wird ein auf dieser Infrastruktur aufbauender Prozess zur Ontologie-Entwicklung definiert und seine Anbindung an die klassische oder agile Vorgehensmodelle beschrieben. Ergänzend dazu wird ein Werkzeug zur Prozessunterstützung vorgestellt.Re-use is employed in software engineering to influence efficiency constructively and the overall quality of a product. While well-established tools and technologies are available in the advanced phases of software projects, support is missing to a large extent for analysis of the universe of discourse and the corresponding conceptual modelling of the requirements. At the same time these activities have a decisive influence on later development and successful implementation of software projects. To enable re-use at the conceptual level, this thesis describes first of all, how to develop an infrastructure, which allows an exchange of knowledge between participating projects with the help of domain ontology. Subsequently, a process of an ontology development will be defined, which is based on this infrastructure; its connection to the classical or agile process models will also be described. In addition, a tool to support the process will be introduced

On Interdisciplinary Development of Safety-Critical Automotive Assistance and Automation Systems

Assistenz- und Automationssysteme im Automobil zeichnen sich verstärkt durch eine große Komplexität und einen hohen Vernetzungsgrad aus. Weiterhin existiert eine Vielzahl von Anforderungen anderer Fachdisziplinen an die Funktionsentwicklung, beispielsweise im Bereich der funktionalen Sicherheit. Somit ergibt sich für Entwickler nicht nur eine gestiegene Komplexität der Systeme, sondern auch der einzuhaltenden Entwicklungsprozesse. Die vorliegende Arbeit liefert eine neue Methode, die Entwickler bei der Bewältigung dieser Komplexität unterstützt. Dabei wird ihnen problemorientiert und zielgerichtet relevantes Wissen anderer Fachdisziplinen aufbereitet und zur Verfügung gestellt. Somit können Entwurfsalternativen früher als bisher im Kontext der Gesamtentwicklung bewertet werden, was sich positiv auf Produktqualität und Entwicklungszeit auswirkt. Die Basis dieser Methode ist die offen und flexibel gestaltete Formalisierung des Entwicklungsprozesses unter Verwendung der Web Ontology Language (OWL). Darauf aufbauend werden interdisziplinäre Entwicklungsaktivitäten verknüpft und die Analysierbarkeit des formalisierten Wissens wird für automatische Schlussfolgerungen genutzt. So werden insbesondere Einflussanalysen möglich, um über die eigene Domäne hinaus Änderungen bezüglich des Gesamtentwicklungsprozesses zu bewerten. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine prototypische Werkzeugkette implementiert, die die beschriebene Methode umsetzt und deren technische Realisierbarkeit demonstriert. Als Anwendungsbeispiel dient die angedeutete Weiterentwicklung eines radarbasierten Abstandsregeltempomaten zu einem Notbremssystem. Dabei wird insbesondere der Einfluss der funktionalen Sicherheit auf die Funktionsentwicklung beleuchtet, indem aus einem formalisierten Wissensmodell des Standards ISO 26262 notwendige Anforderungen und Methoden für den Gesamtentwicklungsprozess abgeleitet werden.Automotive assistance and automation systems increasingly present high levels of complexity and connectivity. In addition, more and more specific requirements in disciplines like functional safety have to be considered during functional development. Thus, developers have to cope with increasing levels of product complexity, but also complexity of the development process. This thesis presents a new method which supports developers in handling these dimensions of complexity. Therefore relevant knowledge of other disciplines is presented to them in a solution-oriented way. Thus, design alternatives can be assessed much earlier in the overall development process which has a positive impact on product quality and development cycles. The method’s base is an open and flexible formalization of the development process using the Web Ontology Language (OWL). OWL is used to link different interdisciplinary development activities whereas the analyzability of formalized knowledge enables automated reasoning. This especially introduces an impact analysis to assess major cross-cutting changes to the product in the context of the overall development process. For this thesis a prototype toolchain has been developed which implements the described method and demonstrates its technical feasibility. The extension of a radar-based adaptive cruise control system towards an emergency braking system is sketched as an example for the prototype toolchain. In this example, the impact of functional safety on the functional development is focused, involving a formalized model of requirements and methods from ISO 26262

Nutzerzentrierte Interaction Design Patterns für International Data Space Ökosysteme

Die Bedeutung der Datenmonetarisierung durch Datenhandel wird immer wichtiger. Der International-Data-Space ist ein digitales Geschäftsökosystem mit einem neuartigen Konzept für die Wirtschaft, um einen globalen virtuellen Marktplatz auf der Grundlage eines Referenzarchitekturmodells bereitzustellen. Bei neuen Technologien, wie dem International-Data-Space, steht meist die technische Umsetzung im Vordergrund, die Beachtung der Anwenderseite ist teilweise unzulänglich, was zu einer mangelnden Akzeptanz gegenüber den Anwender/-innen führen kann. In dieser Dissertationsschrift werden nutzerzentrierte Interaction Design Patterns für den International-Data-Space entwickelt, welche neuartige Benutzeroberflächen enthalten und eine mensch-zentrierte Entwicklung fördern sollen. Patterns unterstützen den Entwicklungsprozess, indem sie bewährte Lösungen aufzeigen, die Analyse, die Evaluation sowie die Entscheidungsfindung unterstützen und zudem die Kommunikation Beteiligter effektiv unterstützen können. Um validierte Patterns entwickeln zu können, wird ein bestehendes nutzerzentriertes Vorgehensmodell modifiziert. Das Vorgehensmodell beinhaltet die Phasen: Analyse, Konzept und Entwicklung, in welchem ein Methodenset Anwendung findet, dass die systematische Einbindung potentieller Anwender/-innen und Entwickler/-innen sicherstellt. Die Herausforderung besteht zudem darin, dass für diese neuartige Technologie weder Aufgaben noch Anwender/-innen unzureichend bekannt sind und darüber hinaus die Aktivitäten vertrauliche und risikoreiche Kernprozesse der Unternehmen betreffen. Für die Analyse wird auf die Methode der HTA und der Personas zurückgegriffen, das Konzept und die Entwicklung ist durch iterativ evaluierte Prototypen bestimmt, die abschließend in einer realen Entwicklung getestet werden. Das Ergebnis der Forschungsarbeit sind 32 Patterns, die die Benutzeroberflächen für die Kernaktivitäten im Kontext digitaler Ökosysteme, insbesondere für International-Data-Space Ökosysteme, abdecken.The value of data monetisation through data trading is becoming increasingly important. The International-Data-Space is a digital business ecosystem with a novel concept for business to provide a global virtual marketplace based on a reference architecture model. With new technologies, such as the International-Data-Space, the focus is usually on the technical implementation, and attention to the user side is sometimes inadequate, which can lead to a lack of acceptance towards users. In this thesis, user-centred interaction design patterns for the International-Data-Space are developed, which contain novel user interfaces and are intended to promote user-centred development. Patterns support the development process by containing proven solutions, supporting analysis, evaluation and decision making. With the core research question: How to develop user-centred user interfaces for International-Data-Space business ecosystems? A foundation for this PhD thesis is established through the basics of reference architecture models, digital business ecosystems and the research area of human-computer interaction. A modified process model of systems engineering according to Sarodnick and Brau (2011) forms the further thematic scope in which a set of methods is applied. In this, user requirements are empirically collected, analysed by means of qualitative content analysis according to Mayring (2015) and mapped in personas according to Cooper (2015). Through hierarchical task analysis, the work processes are analysed according to Benyon (2013) and transformed into scenarios and use cases together with the personas. In addition, the special requirements of the developers are analysed against the patterns. On this basis, user interface solutions are systematically developed in wireframes, which are evaluated analytically by experts in a first iteration according to the criterion of utility. The wireframes optimised on this basis are further developed into prototypes and evaluated empirically in a second iteration with potential users and developers under the criterion of utility. The results are documented in 32 patterns, which support comprehensive recommendations for the user-centred development of user interfaces for digital business ecosystems, especially for International-Data-Space based ecosystems. In a final iteration, the patterns will be empirically evaluated under real development conditions and finally provided to a developer community. The pattern collection can be used for concrete development projects, as a template for the further development of user interfaces or as a first communication basis for development participants in the scope of digital business ecosystems