Klausurtagung des Instituts für Telematik. Schloss Dagstuhl, 29. März bis 1. April 2000

Der vorliegende Bericht gibt einen Überblick über aktuelle Forschungsarbeiten des Instituts für Telematik an der Universität Karlsruhe (TH). Das Institut für Telematik ist in einem Teilgebiet der Informatik tätig, welches durch das Zusammenwachsen von Informatik und Kommunikationstechnik zur Telematik geprägt ist. Es gliedert sich in die Forschungsbereiche Telematik, Telecooperation Office (TecO), Cooperation & Management, Hochleistungsnetze und Netzwerkmanagement sowie dezentrale Systeme und Netzdienste. Die Schwerpunkte des Forschungsbereichs "Telematik" (Prof. Dr. Dr. h.c. mult. G. Krüger) liegen in den Bereichen "Dienstgüte", "Mobilkommunikation" und "Verteilte Systeme". Gemeinsames Ziel ist die Integration heterogener Netze (Festnetze und Funknetze), Rechnersysteme (von Workstations bis zu PDAs) und Softwarekomponenten, um damit den Anwendern eine Vielzahl von integrierten Diensten effizient und mit größtmöglicher Qualität zu erbringen. Das "Telecooperation Office" (TecO, Prof. Dr. Dr. h.c. mult. G. Krüger) ist ein Institutsbereich, der in Zusammenarbeit mit der Industrie anwendungsnahe Forschungsthemen der Telematik aufgreift. Im Mittelpunkt steht die innovative Nutzung von Kommunikationsinfrastrukturen mit den Schwerpunkten Softwaretechnik für Web-Anwendungen, neue Formen der Telekooperation sowie tragbare und allgegenwärtige Technologien (Ubiquitous Computing). Die Kernkompetenz des Forschungsbereichs "Cooperation & Management" (Prof. Dr. S. Abeck) liegt im prozessorientierten Netz-, System- und Anwendungsmanagement. Es werden werkzeuggestützte Managementlösungen für Betriebsprozesse entwickelt und in realen Szenarien erprobt. Ein wichtiges Szenario stellt das multimediale Informationssystem "NEXUS" dar, das als Plattform eines europaweit verteilten Lehr- und Lernsystems genutzt wird. Der Forschungsbereich "Hochleistungsnetze & Netzwerkmanagement" (Prof. Dr. W. Juling) befasst sich mit Technologie und Konzepten moderner leistungsfähiger Netzwerke sowie darüber hinaus mit sämtlichen Aspekten des Managements dieser zumeist ausgedehnten Netze. Um eine enge Abstimmung zwischen Forschungsaktivitäten und betrieblicher Praxis zu erzielen, werden insbesondere auch Synergien zwischen Institut und Rechenzentrum angestrebt. Die Arbeiten des Forschungsbereichs "Dezentrale Systeme und Netzdienste" (Prof. Dr. L. Wolf) befassen sich mit der Unterstützung verteilter Multimedia-Systeme, auch unter Berücksichtigung von Komponenten mit drahtlosem Zugang und den dafür geeigneten Architekturen und Infrastrukturen. Dabei werden vor allem Aspekte der Kommunikationssysteme wie Protokollmechanismen, Ressourcenverwaltung und adaptive und heterogene Systeme untersucht

Ergebnisbericht des Jahres 2001 des Projektes MuSofT Multimedia in der SoftwareTechnik

Das Vorhaben MuSofT - Multimedia in der Softwaretechnik wird seit dem 1. März 2001 vom Bundesministerium für Buildung und Wissenschaft im Rahmen des Programms Neue Medien in der Bildung gefördert. An diesem Vorhaben nehmen die folgenden Hochschulen teil: Fachhochschule Lübeck, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Universität Paderborn, Universität Dortmund, Universität Siegen, Universität Stuttgart und die Universität der Bundeswehr in München. Wir haben uns in diesem Projekt vorgenommen, die Ausbildung in der Softwaretechnik an den Stellen, an denen es sinnvoll erscheint, durch den Einsatz Neuer Medien zu nterstützen. Das Vorhaben wird bis zum Ende des Jahres 2003 laufen. Mit dieser Sammlung wollen wir nach etwa einjähriger Laufzeit die ersten Projektergebnisse vorstellen. Wir haben uns im Zeitplan des Projekts vorgenommen, gründlich über die verwendeten Konzepte und Lehrinhalte nachzudenken, die Frage der Plattformen gerade am Anfang nicht auszuklammern, aber auch zu überlegen, wie wir die Nachhaltigkeit unserer Entwicklungen schon während der Projektarbeit sichern können. Das alles und noch viel mehr ist in den Beiträgen dieser Sammlung diskutiert. Um von der Struktur gleichförmige Beiträge zu bekommen, haben wir eine grobe Gliederung vorgegeben, um gleichförmige Qualität zu erreichen, haben wir die Beiträge intern begutachten lassen; die Ergebnisse der Begutachtung sind in die vorliegenden Darstellungen eingeflossen

Wissensbasierte Modellierung vernetzt-kooperativer Gebäudeplanung unter Verwendung von Methoden der Fuzzy-Logik

Die gestiegenen Anforderungen an Planung und Ausführung von Bauprojekten erfordern für eine wirtschaftliche Projektabwicklung eine koordinierte Kommunikation sowie eine effiziente Informationsverarbeitung. Im Rahmen dieser Arbeit wurden mit dem Multi-Objective Representation of Knowledge and its Applications – Modell (MORLA-Modell) die Grundlagen für vernetzt-kooperative Planungsprozesse unter Einsatz wissensbasierter Systeme erarbeitet und prototypisch implementiert. Das MORLA-Modell integriert weitreichende Aspekte der Mehrbenutzerfähigkeit, Datensicherheit, Modellintegrität und Anwendbarkeit auf sämtliche Gewerke des Bauwesens. Die Vorteile des entwickelten Modells liegen in der beschleunigten Durchführung zeitintensiver und somit kostenverursachender Vorgänge durch eine effiziente Kommunikationsinfrastruktur sowie in der vollständigen Erfassung von sowohl gewerkespezifischen als auch gewerkeübergreifenden Konsequenzen einzelner Planungsaktivitäten innerhalb der verteilten heterogenen Planungsumgebung. Durch den konsequenten Einsatz eines derartigen Systems können die Fehleranfälligkeit minimiert und Planungs- und Entscheidungsprozesse erheblich beschleunigt werden. Das Gebäude-Informations-Modell (Building-Information-Model – BIM) als zentrale Datenbasis dient im MORLA-Modell zur Verwaltung der im Rahmen des Planungsprozesses erforderlichen Informationen. Sämtliche Produktdaten werden zur Sicherstellung der Konsistenz ausnahmslos serverseitig vorgehalten und verwaltet. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Konsequenzen von Planungsänderungen sowie die Einhaltung lokaler Sperren jederzeit für alle Beteiligten ersichtlich sind. Um die erforderliche Mehrbenutzer- und Multigewerke-Fähigkeit von auf dem MORLA-Modell basierenden Systemen sicherzustellen, wurden im eigens hierfür erarbeiteten Produkt-Daten-Modell zudem wesentliche Elemente der Prozessmodellierung berücksichtigt. Im Gegensatz zu den Produktdateninstanzen werden die Instanzen der Wissensdaten – die gewerkespezifischen MORLA-Wissensbanken – auf den lokalen Workspaces der Projektbeteiligten vorgehalten. Die Verwendung einer deklarativen Form der Wissensrepräsentation für die verschiedenen am Planungsprozess beteiligten Wissensdomänen sorgt für eine hohe Modularität des Gesamtsystems und somit für eine starke Unabhängigkeit der Wissensbanken sowohl voneinander als auch vom zentralen Inferenzmechanismus. Dies vereinfacht die Integration der heterogenen Wissensdomänen erheblich. Mit Hilfe von Inferenzmechanismen wird die lückenlose Identifikation gewerkeübergreifender Konsequenzen von Planungsänderungen ermöglicht. Die Untergliederung des Planungsprozesses in einzelne Szenarien stellt ein sehr praxisgerechtes Verfahren im Rahmen des Änderungsmanagements in der heterogenen Planungsumgebung dar. Zur Reduktion des Kommunikationsaufwandes werden die einzelnen MORLA-Wissensbanken im Rahmen der Auswertung serverseitig repliziert. Diese Replikation macht eine Aufteilung der Wissensbanken in einen öffentlich einsehbaren und einen privat geschützten Bereich erforderlich. Somit ist der Schutz von firmenbezogenem Ingenieurwissen gewährleistet. Dies ist eine grundlegende Voraussetzung für die Akzeptanz des Gesamtsystems in der Praxis. Zur Evaluierung der erarbeiteten Konzepte wurden Wissensbanken beispielhaft für die Gewerke der Tragwerksplanung (Stahlbetonbau) und der Haustechnik (Raumlufttechnik) erarbeitet und mit Hilfe einer Wissenserwerbskomponente implementiert. Die Möglichkeit einer computerbasierten Abschätzung von Konsequenzen aus Planungsänderungen stellt dem Anwender ein sehr hilfreiches Werkzeug zur Seite. Der Kommunikationsaufwand zwischen den projektbeteiligten Fachplanern wird hierdurch erheblich reduziert. Potentiell aufwändige und evtl. nicht realisierbare Planungsvarianten können mit Hilfe der erarbeiteten Sensitivitätsanalyse bereits im Vorfeld identifiziert werden. Hierfür wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit Fuzzy-Methoden verwendet. Durch ein eigenständiges Verfahren zur Defuzzyfikation, welches die besonderen Charakteristika der verwendeten logischen Fuzzy-Modelle berücksichtigt, und die Erarbeitung eines Parameters zur Bestimmung der Spezifität resultierender Fuzzy-Ergebnismengen, erfolgt eine effiziente und an das MORLA-Modell angepasste Approximation von Auswirkungen. Die Verwendung von Methoden der Fuzzy-Logik für die Sensitivitätsanalyse der Veränderung planungsrelevanter Parameter ermöglicht eine Reduzierung der Komplexität sowie eine transparente, natürlich­sprachliche Benutzerinteraktion. Im MORLA-Modell wurden u. a. auch die Anforderungen für eine deterministische Abhängigkeitsverfolgung im Rahmen von Netzstrukturen (z.B.: Lüftungskanalnetz, Lastabtragung, o. ä.) berücksichtigt und ein gewerkeübergreifender Inferenzmechanismus entwickelt. Des Weiteren wurden Konzepte einer effizienten Steuerung und Regelung des Daten- und Informationsflusses, einer gewerkeübergreifenden Benutzerinteraktion, sowie erforderlicher Sperrmechanismen erarbeitet und mit Hilfe einer Softwareapplikation Domain Augmented Environment for Intelligent Networked & Cooperative Design (DaVinci) implementiert. Mit Hilfe der in DaVinci beinhalteten Erklärungskomponente wird für den Anwender die Rückverfolgung des (gewerkeübergreifenden) Rechenwegs visualisiert. Diese Nachvollziehbarkeit und somit Sicherung der Transparenz der Planungshistorie eines Bauwerks ist eine weitere Voraussetzung für die Anwendung und Akzeptanz des Systems in der Praxis

Konzepte und Algorithmen zur Datensynchronisation mit Cloud-Datenzentren

Cloud 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

Computer Supported Cooperative Work Applications for the Design of Buildings based on an integrated Building Model Management

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Konzeption und prototypische Umsetzung von Techniken des Computer Supported Cooperative Work (CSCW) im Rahmen einer integrierten objektorientierten und dynamischen Bauwerksmodellverwaltung zur Unterstützung der Bauwerksplanung. Die Planung von Bauwerken ist durch einen hohen Grad an Arbeitsteiligkeit, aber auch durch eine schwache Strukturierung der ablaufenden Prozesse gekennzeichnet. Besonders durch den Unikatcharakter des Planungsgegenstands \'Bauwerk\' ergeben sich signifikante Unterschiede zum Entwurf anderer, durch Serienfertigung produzierter Industriegüter. Zunehmend wird die Planung von Bauwerken in Virtual Enterprises ausgeführt, die sich durch eine dynamische Organisationsstruktur, geographische Verteilung der Partner, schwer normierbare Informationsflüsse und eine häufig stark heterogene informationstechnische Infrastruktur auszeichnen. Zur rechnerinternen Repräsent! ation des Planungsgegenstands haben sich objektorientierte Bauwerksmodelle bewährt. Aufgrund der Veränderlichkeit der Bauwerke und deren rechnerinterner Repräsentation im Laufe des Bauwerkslebenszyklus ist eine dynamische Anpassung der Modelle unumgänglich. Derartige in Form von Taxonomien dargestellte dynamische Bauwerksmodellstrukturen können gemeinsam mit den in Instanzform vorliegenden konkreten Projektinformationen in entsprechenden Modellverwaltungssystemen (MVS) gehandhabt werden. Dabei wird aufgrund der Spezialisierung und Arbeitsteilung im Planungsprozess von einer inhaltlich verknüpften Partialmodellstruktur, die räumlich verteilt sein kann, ausgegangen. Die vorgeschlagenen Methoden zur Koordinierung der Teamarbeit in der Bauwerksplanung beruhen auf der Nutzung von CSCW–Techniken für \'Gemeinsame Informationsräume\' und \'Workgroup Computing\', die im Kontext der als Integrationsbasis fungierenden Modellverwaltungssysteme umgesetzt werden. Dazu werden die zur d! ynamischen Bauwerksmodellierung erforderlichen Metaebenenfunk! tionalitäten sowie Ansätze zur Implementierung von Modellverwaltungskernen systematisiert. Ebenso werden notwendige Basistechniken für die Realisierung von MVS untersucht und eine Architektur zur rollenspezifischen Präsentation dynamischer Modellinhalte vorgestellt. Da klassische Schichtenmodelle nicht auf die Verhältnisse in Virtual Enterprises angewendet werden können, wird eine physische Systemarchitektur mit einem zentralen Projektserver, Domänenservern und Domänenclients vorgestellt. Ebenso werden Techniken zur Sicherung des autorisierten Zugriffs sowie des Dokumentencharakters beschrieben. Zur Unterstützung der asynchronen Phasen der Kooperation wird der gemeinsame Informationsraum durch Mappingtechniken zur Propagation und Notifikation von Änderungsdaten bezüglich relevanter Modellinformationen ergänzt. Zur Unterstützung synchroner Phasen werden Techniken zur Schaffung eines gemeinsamen Kontexts durch relaxierte WYSIWIS–Präsentationen auf Basis der Modellinformationen! verbunden mit Telepresence–Techniken vorgestellt. Weiterhin werden Methoden zur Sicherung der Group–Awareness für alle Kooperationsphasen betrachtet.The thesis covers the conceptual design and the prototypical realisation of Computer Supported Cooperative Work (CSCW)– techniques within the scope of an integrated, object-oriented, dynamic model management system for the support of building planning activities. The planning of buildings is characterised by a high degree of collaboration but by a weak structuring of the processes, too. Significant differences between the design of buildings and industrial goods produced by series production are implied by the uniqueness of a building. Increasingly, the planning of buildings is accomplished by Virtual Enterprises. These are characterised by a dynamic organisation structure, geographic dispersion of the involved planning experts, information flows, which are hard to standardise, and a frequently very heterogeneous information-technology infrastructure. Object oriented building models have proven to be a suitable base for! the binary representation of planning subject information. Due to the changeability of both building structures and their binary representation during the building life cycle, a dynamical adaptation of the models is indispensable. Dynamic building models, which are represented by taxonomic information, can be handled together with actual project information, which is stored in taxonomy instances within an appropriate model management system. Due to the specialisation and the division of labour in the planning process, a semantic linked but spatial distributed partial model structure is applied. The recommended methods for the coordination of teamwork in the planning process are based on the application of CSCW-techniques for \'Shared Information Spaces\' and \'Workgroup Computing\' in the context of model management systems acting as an foundation for planning information integration. The required meta level functionalities for dynamic building modelling and appropriate! implementation approaches for modelling kernels are systemat! ised. The necessary base techniques for the realisation of model management systems are explored. An architecture for the role specific presentation of dynamic model content is introduced, too. Due to the inadequacy of conventional multi-tier models for an application in Virtual Enterprises, an appropriate physical system architecture with a central project server, domain servers and domain clients is introduced. The thesis covers techniques, which ensure the authorised access to information and the authenticity of planning documents, too. For an adequate support of the asynchronous phases of collaboration, the Shared Information Space is supplied with mapping mechanisms for the propagation and user notification of changes in the relevant planning information. Synchronous collaboration can be performed by means of relaxed WYSIWIS-presentations connected with telepresence mechanisms in order to create a shared context for the planners. Furthermore, methods for the provis! ion of group-awareness for all co-operation phases are treated

Autonom rekonfigurierbare Workflows

Prozesse, seien es Geschäfts- oder Produktionsprozesse, sind ständigen Änderungen unterworfen. Für Unternehmen gilt es, sich im Rahmen von Geschäftsprozessen immer wieder neuen Marktgegebenheiten, Gesetzen oder Kunden anzupassen. Auch Produktionsprozesse müssen bspw. für die Verarbeitung neuer Materialien zugeschnitten werden. Die vorliegende Arbeit beschreibt deshalb, einen umfassenden Ansatz für den Umgang mit Änderungen bzw. Rekonfigurationen von Workflows zu entwickeln. Dieser zeichnet sich durch zwei Schwerpunkte aus: (1) Vollständige Rekonfiguration aller Workflowperspektiven und (2) eine reflexive autonome Steuerung der Rekonfigurationen