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Grid Computing und Peer-to-Peer Systeme. Seminar SS 2004
Im Sommersemester 2004 wurde im Seminar "Grid Computing und
Peer-to-Peer Systeme" eine Reihe aktueller Themen aus den Grid
Computing, Peer-to-Peer Systeme und Ad-Hoc Netzwerkem Gebieten
angeboten.
Jeder Teilnehmer wĂ€hlte hieraus ein Thema, um darĂŒber in der
Form eines medial gestĂŒtzten Vortrages zu referieren. Um allen
Teilnehmern die Gelegenheit zu geben, aus diesem Seminar
nachhaltig etwas mitzunehmen, fertigte jeder Vortragende eine
allen zugÀngliche schriftliche Ausarbeitung an. Die
Ausarbeitungen finden sich in leicht redigierter Fassung durch
die Editoren im vorliegenden technischen Bericht wieder
Intercloud-Kommunikation fĂŒr Mehrwehrtdienste von Cloud-basierten Architekturen im Internet of Things
Das Internet of Things (IoT) ist aktuell ein junger Wachstumsmarkt, dessen Bedeutung fĂŒr unsere Gesellschaft in naher Zukunft vielen Menschen erst noch wirklich bewusst werden wird. Die SubdomĂ€nen Smart-Home, Smart-Grid, Smart-Mobility, Industrie 4.0, Smart-Health und viele mehr sind wichtig fĂŒr unsere zukĂŒnftige WettbewerbsfĂ€higkeit, die Herausforderungen zur BewĂ€ltigung des Klimawandels, unsere Gesundheit, aber auch fĂŒr trivialere Dinge wie Komfort. Andererseits ergibt sich hierbei bereits dasselbe groĂe Problem, das in einer Ă€hnlichen Form schon bei klassischem Cloud-Computing bekannt ist: Vendor-Silos, die keinen hersteller- oder anbieterĂŒbergreifenden Austausch von GerĂ€tedaten ermöglichen, verhindern eine schnelle Verbreitung dieser neuen Technologie. Diensteanbieter mĂŒssen ihre Produkte aufwendig fĂŒr unzĂ€hlige Technologien bereitstellen, was die Entwicklung von Diensten unnötig teuer macht und letztendlich das Dienstangebot insgesamt einschrĂ€nkt. Cloud-Computing wird dabei in Zukunft eine wichtige Rolle spielen.
Die Dissertation beschĂ€ftigt sich daher mit dem Problem IoT-GerĂ€tedaten an IoT-Clouds plattformĂŒbergreifend und anbieterĂŒbergreifend nutzbar zu machen. Die Motivation und die adressierte ForschungslĂŒcke zeigen die Notwendigkeit der BeschĂ€ftigung mit dem Thema auf. Ausgehend davon, wird das Konzept einer dezentral organisierten IoT-Intercloud vorgeschlagen, welches in der Lage ist heterogene IoT-Clouds zu integrieren. Die Analyse des Standes der Technik zeigt, das IoT-Clouds genĂŒgend Eigenschaften teilen, um in Zukunft eine Adaption zu einer einheitlichen Schnittstelle fĂŒr die IoT-Intercloud zu schaffen. Das Konzept umfasst zunĂ€chst die Komponentenarchitektur eines Intercloud-Brokers zur Etablierung einer IoT-Intercloud. Ausgehend davon wird in vertiefenden Teilkonzepten ein Discovery-Service zum Finden von GerĂ€tedaten und einem Push-Stream-Provider, fĂŒr die Zustellung von IoT-Event-Notifications in Echtzeit, behandelt. Eine Evaluation zeigt letztlich die praxistaugliche Realisierbarkeit, Skalierbarkeit und Performance der Konzeption und des implementierten Prototyps.:1 Einleitung
1.1 Problemstellung und Motivation
1.2 Ziele der Dissertation
1.2.1 Thesen
1.2.2 Forschungsfragen
1.3 Aufbau der Dissertation
2 Grundlagen zu Cloud-Computing im Internet of Things
2.1 Definition von Cloud-Computing
2.1.1 Generelle Eigenschaften
2.1.2 Architekturschichten
2.1.3 Einsatzformen
2.2 Internet of Things
2.2.1 Middleware im IoT
2.3 Architekturen verteilter Systeme zur Bereitstellung der IoT-Middleware
2.3.1 GerÀte-zentrische IoT-Architektur
2.3.2 Gateway-zentrische IoT-Architektur
2.3.3 Cloud-zentrische IoT-Architektur
2.3.4 Zusammenfassung
2.4 Eigenschaften von verteilten Event-basierten Systemen
2.4.1 Interaktionsmodelle
2.4.2 Filtermodelle von Subscriptions
2.4.3 Verteiltes Notfication-Routing
2.5 Discovery im IoT
2.5.1 Grundlegende Begrifflichkeiten
2.5.2 Topologien von Discovery-Services
2.5.3 Funktionale Anforderungen fĂŒr Discovery-Services im IoT
2.5.4 AusgewÀhlte AnsÀtze von Discovery-Services im IoT
3 Stand der Technik
3.1 Device-as-a-Service-Schnittstellen von IoT-Clouds
3.1.1 GerÀtedatenmodell
3.1.2 Datenabruf mit Pull-Semantik
3.1.3 Datenabruf mit Push-Semantik
3.1.4 Steuerung von GerÀtedaten
3.1.5 Datenzugriff durch Drittparteien
3.2 Analyse der DaaS-Schnittstellen verschiedener IoT-Clouds
3.2.1 Google Nest
3.2.2 Samsung Artik
3.2.3 AWS IoT
3.2.4 Microsoft Azure IoT Suite
3.2.5 Kiwigrid IoT-Plattform
3.2.6 Digi Device Cloud
3.2.7 DeviceHive
3.2.8 Eurotech Everyware Cloud
3.3 Zusammenfassung und Diskussion des Standes der Technik
4 Intercloud-Computing fĂŒr das IoT
4.1 Intercloud-Computing nach Toosi
4.1.1 AnsÀtze zur InteroperabilitÀt
4.1.2 Szenarien zur Cloud-ĂŒbergreifenden InteroperabilitĂ€t
4.1.3 Herausforderungen fĂŒr Komponenten
4.2 Intercloud-Computing nach Grozev
4.2.1 Klassifikation der Architekturen
4.2.2 Klassifikation des Brokering-Mechanismus
4.2.3 Klassifikation verteilter Cloudanwendungen
4.3 Verwandte Arbeiten
4.3.1 Intercloud-Architekturen auĂerhalb der IoT-DomĂ€ne
4.3.2 Intercloud-Architekturen fĂŒr das IoT
4.4 Analyse der verwandten Arbeiten
4.4.1 Systematik zur Bewertung
4.4.2 Bewertung und Abgrenzung
5 Anforderungsanalyse
5.1 Akteure in einer IoT-Intercloud
5.1.1 Menschliche Akteure
5.1.2 Systemakteure
5.2 AnwendungsfÀlle
5.2.1 AnwendungsfÀlle von IoT-Diensten
5.2.2 AnwendungsfÀlle von IoT-Clouds
5.2.3 AnwendungsfÀlle von IoT-GerÀten
5.2.4 AnwendungsfÀlle von Intercloud-Brokern
5.3 Anforderungen
5.4 Ausschlusskriterien
6 Intercloud-Architektur fĂŒr das IoT
6.1 Systemmodell einer IoT-Intercloud
6.1.1 IoT-Datenmodell fĂŒr die Intercloud
6.1.2 Etablierung einer Vertrauensbeziehung zwischen zwei Clouds
6.2 Komponentenarchitektur des Intercloud-Brokers
6.2.1 Service-Connector, IC-DaaS-IF und Service-Protocol
6.2.2 Intercloud-Proxy, ICC-IF und Protokoll
6.2.3 Cloud-Adapter und IC-DaaS-Adapter-IF
6.3 Zusammenfassung
7 Verteilter Discovery-Service
7.1 Problembeschreibung
7.1.1 Topologie des Discovery-Service
7.2 Einfache Cloud-Discovery mit Broadcasting-Weiterleitung
7.2.1 Schnittstelle und Protokoll des einfachen Discovery-Service
7.2.2 Diskussion des einfachen Discovery-Service
7.3 Cloud-Discovery mit GerÀteverzeichnis und Multicast-Weiterleitung
7.3.1 Geeignete GerĂ€teinformationen fĂŒr das Verzeichnis
7.3.2 Struktur und Schnittstelle des Verzeichnisses
7.3.3 Verzeichnissynchronisation und erweitertes Protokoll
7.4 Zusammenfassung beider AnsÀtze des Discovery-Service
8 Verteilter Push-Stream-Provider
8.1 Verteilter Push-Stream-Provider im Modell des Broker-Overlay-Netzwerks
8.2 Verteilter Push-Stream-Provider mit einfachem Routing-Modell
8.2.1 Systemmodell
8.2.2 Integration der Subkomponenten in die verteilte ICB-Architektur
8.3 Redundanz und Redundanzvermeidung des Push-Stream-Providers
8.3.1 Beschreibung des Redundanzproblems und des Lösungsansatzes
8.3.2 Lösungsansatz
8.4 Verteilter Push-Stream-Provider mit vereinigungsbasiertem Routing-Modell
8.4.1 Erkennen von Àhnlichen Filtern
8.4.2 Konstruktion eines Vereinigungsfilters
8.4.3 Rekonstruktion der Datenströme
8.4.4 Komponente: Merge-Controller
8.4.5 Komponente: Stream-Processing-Engine
8.4.6 Integration in die bisherige Architektur
8.4.7 Diskussion des Ansatzes zur Redundanzvermeidung
8.5 Zusammenfassung zum Konzept des Push-Stream-Providers
9 Evaluation
9.1 Prototypische Implementierung der Konzeptarchitektur
9.1.1 Intercloud-Broker
9.1.2 IoT-Cloud und IoT-GerÀte
9.1.3 IoT-Dienste
9.1.4 Grenzen des Prototyps und Fokus der experimentellen Evaluation
9.2 Aufbau der Evaluationsumgebung
9.3 Experimentelle Untersuchung der prototypischen Implementierung des Konzepts
9.3.1 Ermittlung einer Performance-Baseline
9.3.2 Experiment 1: Performance bei variabler NachrichtengröĂe und Nachrichtenanzahl
9.3.3 Experiment 2: Performance bei multiplen Subscriptions
9.3.4 Experiment 3: Ermittlung des maximalen Durchsatzes und Skalierbarkeit des ICB
9.3.5 Experiment 4: Effizienzvergleich zwischen einfachem und vereinigungsbasiertem Routing
9.4 Zusammenfassung und Diskussion der Evaluation
10 Zusammenfassung
10.1 BeitrÀge der Dissertation
10.2 Ausblick
A Abbildungen
B Tabellen
Inhaltsverzeichnis
C Algorithmen
D Listings
Literaturverzeichni
Bio-Datenbanken
Schwerpunktthemen: Integrationsprobleme und AnsĂ€tze bei Bio-DB, Gleichheit und Ăhnlichkeit, ĂhnlichkeitsmaĂe
Topics: Problems, Integration, Similarit
Das Potential von Peer-to-Peer-Netzen und -Systemen : Architekturen, Robustheit und rechtliche Verortung
Um das Potential von P2P-Netzen und -Systemen fĂŒr die Entwicklung und den Betrieb zukĂŒnftiger verteilter Systeme zu analysieren, erfolgt in der Arbeit zunĂ€chst eine umfassende Darlegung des aktuellen Entwicklungsstandes. Daraus leiten sich wesentliche Fragestellungen hinsichtlich Architektur, Robustheit und Telekommunikationsrecht ab. In der Folge werden diese untersucht, indem vorhandene Mechanismen bewertet sowie durch neuartige Verfahren ergĂ€nzt werden, um bestehende Defizite auszugleichen
Ontologiebasierte Indexierung und Kontextualisierung multimedialer Dokumente fĂŒr das persönliche Wissensmanagement
Die Verwaltung persönlicher, multimedialer Dokumente kann mit Hilfe semantischer Technologien und Ontologien intelligent und effektiv unterstĂŒtzt werden. Dies setzt jedoch Verfahren voraus, die den grundlegenden Annotations- und Bearbeitungsaufwand fĂŒr den Anwender minimieren und dabei eine ausreichende DatenqualitĂ€t und -konsistenz sicherstellen. Im Rahmen der Dissertation wurden notwendige Mechanismen zur semi-automatischen Modellierung und Wartung semantischer Dokumentenbeschreibungen spezifiziert. Diese bildeten die Grundlage fĂŒr den Entwurf einer komponentenbasierten, anwendungsunabhĂ€ngigen Architektur als Basis fĂŒr die Entwicklung innovativer, semantikbasierter Lösungen zur persönlichen Dokumenten- und Wissensverwaltung.Personal multimedia document management benefits from Semantic Web technologies and the application of ontologies. However, an ontology-based document management system has to meet a number of challenges regarding flexibility, soundness, and controllability of the semantic data model. The first part of the dissertation proposes necessary mechanisms for the semi-automatic modeling and maintenance of semantic document descriptions. The second part introduces a component-based, application-independent architecture which forms the basis for the development of innovative, semantic-driven solutions for personal document and information management
Social-Media-Daten: Chancen und Herausforderungen der Nutzung von Social-Media-Daten im Kontext wissenschaftlicher Forschung
Im Rahmen der vorliegende Arbeit konnten Chancen und Herausforderungen von Social Media Datenanalysen aufgezeigt werden. Um das Potenzial dieser nutzen zu können, ist eine interdisziplinĂ€re Herangehensweise erforderlich. WĂ€hrend die vorliegenden Publikationen noch durch eine Einzelperson realisiert werden konnten, wird klar das die Einbeziehung der unterschiedlichen Disziplinen eine verstĂ€rkte Zusammenarbeit erfordert. Die Erweiterung der Agenten basierten Simulation um die âMean Field Game Theoryâ erfordert z.B. fortgeschrittene Kenntnisse der Physik, Sentiment Analysen erfordert die Zusammenarbeit von Linguisten und Informatikern, Clusteranalysen bedĂŒrfen der Zusammenarbeit von Datenanalytikern und Soziologen. Um das Potential der Analyseergebnisse zu heben sollten Wirtschaftswissenschaftler einbezogen bzw. sind diese Treiber und Wertschöpfer. Somit ist zukĂŒnftig eine verstĂ€rkte Zusammenarbeit zu erwarten, welches zu komplexen Formen der Zusammenarbeit fĂŒhren wird. Dies wiederum bedingt Konzepte und Frameworks, um die Zusammenarbeit transparent und verstĂ€ndlich gestalten zu können
NENA - Ein Rahmenwerk fĂŒr maĂgeschneiderte Kommunikationsnetze
Neue Kommunikationsprotokolle beschrĂ€nken sich oft nur auf spezielle AnwendungsfĂ€lle, versprechen dafĂŒr aber eine bessere Ressourcennutzung in diesen FĂ€llen. In dieser Arbeit werden architekturelle Konzepte vorgestellt, die ein Szenario mit mehreren maĂgeschneiderten Netzen unterstĂŒtzen. Zu den vorgestellten Konzepten gehören ein Rahmenwerk fĂŒr den Betrieb unterschiedlichster Protokolle, eine protokollagnostische Anwendungsschnittstelle und Vereinfachungen fĂŒr den Protokollentwurf
Basissoftware fĂŒr drahtlose Ad-hoc- und Sensornetze
Mit dem Titel "Basissoftware fĂŒr selbstorganisierende Infrastrukturen fĂŒr vernetzte mobile Systeme" vereint das Schwerpunktprogramm 1140 der DFG Forschungsvorhaben zum Thema drahtloser Ad-hoc- und Sensornetze. Durch die Konzeption höherwertiger Dienste fĂŒr diese aufstrebenden Netztypen leistet das Schwerpunktprogramm einen essentiellen Beitrag zur aktuellen Forschung und erschafft gleichzeitig ein solides Fundament zur Entwicklung zahlreicher Anwendungen