Kompetenzentwicklung in Lernnetzwerken für das lebenslange Lernen

Kalz, M., Specht, M., Klamma, R. Chatti, M.A. & Koper, R. (2007). Kompetenzentwicklung in Lernnetzwerken für das lebenslange Lernen. In Dittler, U., Kindt, M. & Schwarz, C. Online Communities als soziale Systeme (pp. 181-197). Hannover: Waxmann.Lebenslanges Lernen ist eines der Schlüsselthemen für die Wissensgesellschaft. Abseits der formal organisierten Bildungsangebote hat sich mit der Verbreitung und Nutzung von Social Software eine neue und sehr heterogene Organisationsform des technologiegestützten Lernens entwickelt, die große Potenziale für die lebenslange Kompetenzentwicklung bietet. Dieser Beitrag beschreibt diese neue Organisationsform, stellt das Konzept der Social Software sowie einige beispielhafte Applikationen vor und gibt einen Ausblick auf aktuelle Forschungsfragen, die zur Zeit in europäischen Forschungsverbünden wie dem Network of Excellence PROLEARN und dem Integrated Project TENCompetence bearbeitet werden.This work has been sponsored by the EU project TENCompetenc

Methodischer Beitrag zum neuen Einsatz von Techniken der formalen Verifikation bei seriellen Busprotokollen im automobilen Umfeld

Mit Hilfe der Formalen Verifikation kann die Protokollkonformität bei der Verifikation garantiert werden. Eine Herausforderung stellen serielle Protokolle mit ihren großen zu betrachtenden Zeitfenstern dar. Diese Arbeit beschreibt eine Methodik, die die Verifikation von seriellen Protokollen verbessert. Dazu wird eine Aufteilung des Prozesses in mehrere Schichten propagiert, was eine Abstraktion von der Implementierung und eine Erhöhung der Qualität und der Widerverwendbarkeit ermöglicht

Entwurf und Analyse sicherheitsrelevanter Kommunikationsarchitekturen

In the future, system engineers of railway control systems have to consider digital communication between components more than ever. The number of communicating systems rises steadily, while the offer of commercial off the shelf products for digital transmission networks is also growing. Safety protocols be included in the architecture in order to guarantee that safety-critical systems could be used on unsafe transmission channels. Safety layers have to detect different types of message errors to grant functional safety. It is highly recommended to prove the specification of a safety protocol with model checking methods to ensure a correct specification. The safety reaction on such errors must be a safe state, which usually stops the communication service until the system is reinitialised or reset by an operator. Therefore a safe communication reduces the fault tolerance against arbitrary transmission errors and lowers the reliability of the communication architecture. To improve the fault tolerance against message errors it is necessary to use a reliable message transmission service before the safety check is executed. A reliable transmission service can be included in the safety layer, in the upper protocol layer of the grey channel or in both layers. A naive combination of fault-tolerance mechanisms in the grey channel and safety layers will not necessarily increase the overall fault-tolerance: if, for example, lost messages in the grey channel lead to retransmissions after timeouts, the message eventually passed to the receiving safety layer may be out-dated and therefore has to be discarded. As a consequence, it is necessary to perform analyses whether the design of safety related communication architectures is safe and reliable. This thesis describes a common concept for reliability and safety analysis of communication architectures in safety-critical systems. Case studies of industrial sized communication architectures evaluate this new approach. Besides, the analysis results are used to improve the design

Modellierung von Kommunikationssystemen zum Zweck der Systemanalyse und des Systementwurfs

Einen wesentlichen Beitrag zu Innovationen und Weiterentwicklungen in der Automobilindustrie leisten elektronische Komponenten. Der funktionale Wachstum in den Bereichen Sicherheit, Komfort und Fahrerassistenz führt zu einer Erhöhung der Komplexität. Neben der Anzahl der Komponenten steigert sich auch der Bedarf an Kooperation und Datenaustausch. Insbesondere by-wire- und Assistenzsysteme (Hochautomatisiertes Fahren) zeichnen sich durch hohe Anforderungen in den Bereichen Zuverlässigkeit, Datenkonsistenz, Fehlertoleranz und Ausfallsicherheit aus. Die Zusammenarbeit einzelner Steuergeräte fordert von der Kommunikationsstruktur neben hohen Datenraten auch Determinismus und Echtzeitverhalten. Die Entwicklung dieser komplexen verteilten Systeme profitiert durch modellbasierte Entwurfsprozesse. Der Nachweis von grundlegenden Systemeigenschaften mit dem Schwerpunkt Kommunikation soll bereits in frühen Entwurfsphasen mit Hilfe von ausführbaren Spezifikationen modell- und simulationsbasiert erfolgen. In dieser Arbeit wird ein Modellierungsansatz entworfen, welcher die typischen ereignis- und zeitgesteuerten Protokolle in der Domäne Automotive adressiert. Der Fokus liegt auf den Buszugriffsverfahren. Modelle auf unterschiedlichen Abstraktionsebenen werden am Beispiel von Controller Area Network (CAN) und FlexRay definiert und realisiert. Neben der reinen Kommunikation werden die angrenzenden Themenfelder Gateway (heterogene Kopplung) und Betriebssystem berücksichtigt. Detaillierte Modelle eignen sich zur Analyse spezifischer Protokolleigenschaften sowie zur Weiterentwicklung von Protokollfunktionen auf Modellebene. Mit abstrakteren Modellen lassen sich Leistungs- und Eigenschaftsanalysen von großen heterogenen Systemen durchführen. Echtzeitkommunikation, vernetzte Systeme und Anwendungsfelder für modellbasierte Entwurfsprozesse finden sich auch außerhalb des Automobilbereiches. Die Anwendung wird am Beispiel der Entwicklung und Optimierung eines komplexen verteilten Systems zur Steuerung einer Nanopositionier- und Nanomessmaschine demonstriert. Innerhalb des Entwicklungsprozesses werden Entwurf, Realisierung und Leistungsbewertung bezüglich der Architektur des Gesamtsystems, der Verteilung von Funktionen und der Realisierung einzelner Komponenten sowie applikationsspezifische Kommunikationsprotokolle betrachtet.Major innovations and improvements in the automotive industry base on the electronic components. The growing number of functionality in the areas safety, comfort and driver assistance lead to an increase of the complexity. Not only the number of components increase. Especially to realize complex assistance systems the cooperation and data exchange gets more important. In particular, by-wire and assistance systems (highly-automated driving) have high requirements on reliability, data consistency and safety. The cooperation of single control units to realize these complex functions require not only high data rates but also determinism and real-time behavior of the communication architecture. The development of these complex distributed systems benefits from model-based design processes. The verification and validation of system properties with a focus on communication should be possible in early design phases using model and simulation-based approaches based on executable specifications. In this thesis, a modeling approach is developed addressing the typical event-driven and time-triggered protocols in the automotive domain. Models on different abstraction levels are defined and implemented. The Controller Area Network (CAN) and FlexRay are used as examples. Beside the communication protocols some related topics: gateway-functionality (heterogeneous communication) and operating system. The developed detailed models are adequate for the analysis of specific protocol properties as well as the improvement of protocol functions on model level. More abstract models can be used to analyze the performance, real-time behavior and characteristics of large heterogeneous systems. Real-time communication, distributed embedded systems and model-based design processes are not limited to the automotive sector. Therefore the utilization of the modeling approach is demonstrated within the development and optimization of a distributed embedded system: a signal- and dataprocessing unit of a nanopositioning- and nanomeasuringmachine. The example covers most parts of the development process. Selected topics are the design of the system architecture, the distributed allocation of functionality, the realization of single components and the development of application specific communication protocols

Entwurfsbegleitende Leistungsanalyse für SDL-basiertes Design multimedialer Internet-Transportsysteme

Neben der funktionalen Korrektheit von komplexen Kommunikationssystemen spielt eine ausreichende Performance dieser Systeme eine immer wichtigere Rolle. Dabei ist es notwendig, Performance-Aspekte bereits in frühen Entwurfsphasen und nicht erst nach der Implementierung der Systeme zu berücksichtigen. Die vorliegende Arbeit präsentiert eine Methodik zur entwurfsbegleitenden, modellgestützten Leistungsanalyse von Kommunikationsprotokollen, die mit Hilfe der Sprache SDL formal spezifiziert wurden. Die vorgestellte Methodik verwendet dazu Beschreibungsmechanismen, Verfahren und Werkzeuge, die bereits im Entwurfsprozeß dieser Systeme verwendet werden. Für die wichtigsten Implementierungsansätze von Kommunikationsprotokollen werden Performance-Bausteine vorgestellt und deren Verwendung erläutert. Die Tragfähigkeit der entwickelten Methodik wird durch eine große Fallstudie im Kontext von Reservierungsprotokollen zur Unterstützung von Multimedia-Anwendungen im Internet demonstriert. Dabei werden nicht nur die informellen Angaben der vorhandenen RFCs in formale SDL-Beschreibungen umgesetzt, sondern auch als existent vorausgesetzte Ressource-Management-Funktionen entwickelt und analysiert. Die vorliegende Arbeit schließt so die bisher bestehende Lücke im SDL-basierten Entwurfsprozeß verteilter reaktiver Systeme und ermöglicht die modellgestützte Betrachtung von Performance-Aspekten in den frühen Phasen des Entwurfsprozesses

Automatisierte Wahl von Kommunikationsprotokollen für das heutige und zukünftige Internet

Das erfolgreiche Internet basiert auf einer großen Anzahl unterschiedlicher Kommunikationsprotokolle. Diese erfüllen wesentliche Aufgaben, wie Adressierung, Datentransport oder sichere Kommunikation. Wählt man die richtigen Protokolle aus, so können gewünschte Eigenschaften der Kommunikation erreicht werden. Die vorliegende Arbeit betrachtet die automatisierte Wahl von Kommunikationsprotokollen und die damit erreichbare Verbesserung von zum Beispiel Sicherheit

NENA - Ein Rahmenwerk für maßgeschneiderte Kommunikationsnetze

Neue Kommunikationsprotokolle beschränken sich oft nur auf spezielle Anwendungsfälle, versprechen dafür aber eine bessere Ressourcennutzung in diesen Fällen. In dieser Arbeit werden architekturelle Konzepte vorgestellt, die ein Szenario mit mehreren maßgeschneiderten Netzen unterstützen. Zu den vorgestellten Konzepten gehören ein Rahmenwerk für den Betrieb unterschiedlichster Protokolle, eine protokollagnostische Anwendungsschnittstelle und Vereinfachungen für den Protokollentwurf