Context modeling and context retrieval in mobile usage scenarios – a framework for context-aware mobile applications

Die fortschreitende Verbreitung drahtloser Kommunikationsnetze sowie immer leistungsfähigerer mobiler Computer schafft ein großes Potenzial für ein breites Spektrum innovativer Anwendungen. Kontextsensitive Applikationen adaptieren die Gegebenheiten der jeweiligen Situation des Nutzers, wodurch neuartige, intelligente Anwendungen und Benutzungsschnittstellen möglich werden. Die zunehmende Menge verfügbarer Sensortechniken und die daraus resultierende Vielfalt erfassbarer Kontextinformationen erschweren jedoch vermehrt die Verbreitung dieser Applikationen. Ein Rahmenwerk zur Kontextrepräsentation soll die Entwicklung kontextsensitiver Applikationen ohne Berücksichtigung von Details der Kontexterfassung und -verwaltung ermöglichen. Außerdem sollen Austausch und Wiederverwendbarkeit von Kontextinformationen zwischen Applikationen und Nutzern gestattet werden. In dieser Arbeit wird ein solches Rahmenwerk entwickelt. Zu Beginn steht die Untersuchung von Fragen der Kontextmodellierung, auf deren Grundlage anschließend eine Konzeption erarbeitet wird. Der praktische Teil der Arbeit führt eine Referenzimplementation des Systems durch um zu evaluieren, ob die Konzeption auf Basis aktueller Technologien in die Realität umgesetzt, und als Grundlage für weitere Untersuchungen herangezogen werden kann.The progressive spreading of wireless networks and increasingly powerful mobile computers creates a big potential for a wide spectrum of innovative applications. Context-aware applications adapt the circumstances of the user s current situation which enables new and intelligent user interfaces. Nevertheless, the sheer diversity of exploitable contexts and the plethora of sensing technologies are actually working against the deployment of context-aware systems. A framework for context retrieval should enable the development of context-aware applications without considering details of context acquisition and context management. Moreover, exchange and reusability of context information should be allowed between applications and users. In this work such a framework is developed. At the beginning, an investigation of questions of context modeling is accomplished. After that, a concept is compiled on that foundation. In the practial part of this thesis a reference implementation of the system is conducted to evaluate whether the concept can be put into practice, and be pulled up as a basis for other investigations

Modeling and Recognition of Contextual Information and User Intentions for In-Car Infotainment Systems

Aktuelle Fahrzeuginformationssysteme bieten ihren Nutzern eine Vielfalt an Funktionen, wie die Auswahl eines gewünschten Radiosenders, das Abspielen einer Musikplaylist oder das Starten einer Navigation. Aktuell steht Nutzern dabei zu jeder Zeit der volle Funktionsumfang des Systems zur Verfügung. Um die wachsende Anzahl an Funktionen für den Nutzer bedienbar zu halten, müssen zukünftige Fahrzeuginformationssysteme in der Lage sein, die vom Nutzer gewünschte Funktion zu erkennen und den Nutzer dabei zu unterstützen diese Funktion schnell zu erreichen. Die vom Nutzer gewünschte Funktion kann dabei von der aktuellen Situation in der sich der Nutzer befindet abhängen, weshalb das Fahrzeuginformationssystem in der Lage sein muss die aktuelle Situation zu erkennen und sein Systemverhalten entsprechend zu adaptieren. Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit wird gezeigt, wie Fahrzeuginformationssysteme im Rahmen eines Modell-basierten Entwicklungsprozesses und unter Zuhilfenahme von Ontologien, basierend auf einer Vielzahl an Kontextinformationen ein Situationsverständnis erhalten können. Der zweite Teil der Arbeit zeigt anschließend auf, wie Bayes’sche Netze genutzt werden können um individuelle Bedürfnisse und Gewohnheiten der Nutzer dabei zu berücksichtigen. Die vorgestellten Ansätze und Technologien werden auf die zu Beginn erhobenen Anforderungen hin evaluiert. Die implementierten Verfahren werden hinsichtlich ihrer Leistung untersucht, mit dem Ziel die Leistungsfähigkeit der Modelle zu maximieren und so für ein bestmögliches Laufzeitverhalten zu sorgen.Current in-car infotainment systems offer their users a variety of functions such as selecting a radio station, playing music from a playlist, or starting a navigation. Currently, every feature the infotainment system may offer is available for a user at any time. Future in-car infotainment systems have to be able to recognize functions the user may want to use, to scale with an increasing amount of features. This recognition depends on the current situation of the user. Hence, the in-car infotainment has to be able to detect the current situation and adapt its behavior accordingly. The first part of this thesis shows how model-based development and ontologies can be used to develop context-aware in-car infotainment systems. The second part shows how Bayesian Networks can be used to consider individual needs and habits of users. Both parts will be evaluated by analyzing them with respect to beforehand identified requirements. Presented implementations will be analyzed with respect to their performance, to increase efficiency of the models

Method and Technology for Model-based Test Automation of Context-sensitive Mobile Applications

Smartphone und Tablet Computer haben sich zu universalen Kommunikations- und Unterhaltungsplattformen entwickelt, die durch ständige Verfügbarkeit mobilen Internets die Verwendung mobiler, digitaler Dienste und Anwendungen immer mehr zur Normalität werden lassen und in alle Bereiche des Alltags vordringen. Die digitalen Marktplätze zum Vertrieb von Apps, sogenannten App Stores, sind Blockbuster-Märkte, in denen wenige erfolgreiche Produkte in kurzen Zeitintervallen den Großteil des Gesamtgewinns des Marktes erzielen. Durch dynamische, summative Bewertungssysteme in App Stores wird die Qualität einer App zu einem unmittelbaren Wert- und Aufwandstreiber. Die Qualität einer App steht in direktem Zusammenhang mit der Anzahl Downloads und somit mit dem wirtschaftlichen Erfolg. Mobile Geräte zeichnen sich gegenüber Desktop-Computern vorrangig dadurch aus, dass sie durch Sensoren in der Lage sind, Parameter ihrer Umgebung zu messen und diese Daten für Anwendungsinhalte aufzubereiten. Anwendungsfälle für solche Technologien sind beispielsweise ortsbasierte digitale Dienste, die Verwendung von Standortinformationen für Fahrzeug- oder Fußgängernavigation oder die Verwendung von Sensoren zur Interaktion mit einer Anwendung oder zur grafischen Aufbereitung in Augmented Reality-Anwendungen. Anwendungen, die Parameter ihrer Umgebung messen, aufbereiten und die Steuerung des Kontrollflusses einfließen lassen, werden als kontextsensitive Anwendungen bezeichnet. Kontextsensitivität hat prägenden Einfluss auf die fachliche und technische Gestaltung mobiler Anwendungen. Die fachliche Interpretation von Kontextparametern ist ein nicht-triviales Problem und erfordert eine sorgfältige Implementierung und gründliches Testen. Herausforderungen des Testens kontextsensitiver, mobiler Anwendungen sind Erstellung und Durchführung von Tests, die zum einen die zu testende Anwendung adäquat abdecken und zum anderen Testdaten bereitstellen und reproduzierbar in die zu testende Anwendung einspeisen. In dieser Dissertation wird eine Methode und eine Technologie vorgestellt, die wesentliche Aspekte und Tätigkeiten des Testens durch modellbasierte Automatisierung von menschlicher Arbeitskraft entkoppelt. Es wird eine Methode vorgestellt, die Tests für kontextsensitive Anwendungen aus UML-Aktivitätsdiagrammen generiert, die durch Verwendung eines UML-Profils zur Kontext- und Testmodellierung um Testdaten angereichert werden. Ein Automatisierungswerkzeug unterstützt die Testdurchführung durch reproduzierbare Simulation von Kontextparametern. Durch eine prototypische Implementierung der Generierung von funktionalen Akzeptanztests, der Testautomatisierung und Kontextsimulation wurde Machbarkeit des vorgestellten Ansatzes am Beispiel der mobilen Plattform Android praktisch nachgewiesen.Smartphones and tablet computers have evolved into universal communication and entertainment platforms. With the ubiquitous availability of mobile internet access, digital services and applications have become a commodity that permeates into all aspects of everyday life. The digital marketplaces for mobile app distribution, commonly referred to as App Stores, are blockbuster markets, where few extraordinarily successful apps generate the major share of the market's overall revenue in a short period of time. Through the implementation of dynamic, summative rating mechanisms in App Stores, app quality becomes a key value-driver of app monetarization, as app quality is directly associated with the number of app downloads, and hence with economic success. In contrast to desktop computers, mobile devices are uniquely characterized by a variety of sensors that measure environmental parameters and make them available as input to software. Potential uses of these technologies range from location-based digital services that use the user's location for vehicle or pedestrian navigation to augmented reality applications that use sensor information for user experience enhancement. Apps instrumenting physical and non-physical environmental parameters to control workflows or user interfaces are called context-aware applications. Context-awareness has a formative impact on the functional and technical design of mobile applications. The algorithmic interpretation of context data is a non-trivial problem that makes thorough implementation and careful testing mandatory to ensure adequate application quality. Major challenges of context-aware mobile application testing are test case creation and test execution. The impact of context-awareness on test case creation is the attainability of adequate test coverage, that in contrast to non-context-aware application extends beyond traditional input data. It requires the identification and characterization of context data sources and the provisioning of suitable, reproducible test data. This thesis addresses a method and technology to decouple test case creation and test execution from manual labor through the extensive use of model-driven automation technology. A method is presented that generates test cases for context-aware mobile applications from UML Activity Models by means of model transformation technology. A test execution framework facilitates the reproducible simulation of context data derived from an enriched system model. The approach is validated using a prototypical implementation of the test case generation algorithm. The simulation of context data during test execution ist validated using a modified implementation of the Android operation system

Context-Aware Mobile Crowd Sensing using Mobile Hybrid Application Frameworks

Mobile Endgeräte sind heutzutage allgegenwärtig und werden in vielen Bereichen des alltäglichen Lebens eingesetzt. Als mobile Begleiter ermöglichen Smartphones den Einsatz mobiler Applikationen zu jeder Tageszeit und in einer Vielzahl von Situationen. Die Nutzung einer mobilen Applikation erfolgt heutzutage meist durch eine explizite Interaktion des Nutzers. Im Gegensatz dazu können sich kontextsensitive Anwendungen adaptiv verhalten und ermöglichen eine implizite Interaktion. Auch im Bereich des Mobile- Crowdsourcings gewinnen kontextbewusste Applikationen an Bedeutung. Datensätze können mit Kontextinformationen angereichert werden und die Datenerfassung kann kontextsensitiv erfolgen. Die Entwicklung solcher Applikationen kann auf unterschiedliche Art und Weise durchgeführt werden. Im Vergleich zur nativen Applikationsentwicklung kann die Entwicklung mobiler Webanwendungen oder hybrider Applikationen plattformunabhängig erfolgen. Cross-Platform-Ansätze vereinen die Vorteile von nativer und hybrider Applikationsentwicklung. Dabei ermöglichen Frameworks wie NativeScript den direkten Zugriff auf native Schnittstellen. Für diese Ansätze stehen jedoch keine allgemeinen Werkzeuge zur Verfügung, um Anwendungen kontextsensitiv zu implementieren. Um die Cross-Platform-Entwicklung kontextsensitiver Applikationen zu vereinfachen, wurde ein Framework für NativeScript-Applikationen entwickelt. Das Framework stellt Komponenten zur Verfügung, welche die plattformunabhängige Entwicklung kontextsensitiver Applikationen unterstützen. Auf Basis einer logikbasierten Kontextrepräsentation und eines regelbasierten Schlussfolgerungsmechanismus können Applikationsentwickler Kontextereignisse definieren. Diese werden automatisch evaluiert und dabei ausgelöst, falls die entsprechenden Kontextbedingungen erfüllt sind. Die Datenerfassung und Bereitstellung von Kontextinformationen erfolgt dabei modularisiert. Es wurden vier beispielhafte Module entwickelt, um den Ort, die Herzfrequenz des Nutzers, ausgeübte Aktivitäten und die Umgebungslautstärke als Kontextinformationen bereitzustellen. Zudem wurde ein NativeScript-Modul entwickelt, das verschiedene Arten der Hintergrundausführung plattformunabhängig abstrahiert

Modellgetriebene Entwicklung adaptiver, komponentenbasierter Mashup-Anwendungen

Mit dem Wandel des Internets zu einer universellen Softwareplattform sind die Möglichkeiten und Fähigkeiten von Webanwendungen zwar rasant gestiegen. Gleichzeitig gestaltet sich ihre Entwicklung jedoch zunehmend aufwändig und komplex, was dem Wunsch nach immer kürzeren Entwicklungszyklen für möglichst situative, bedarfsgerechte Lösungen entgegensteht. Bestehende Ansätze aus Forschung und Technik, insbesondere im Umfeld der serviceorientierten Architekturen und Mashups, werden diesen Problemen bislang nicht ausreichend gerecht. Deshalb werden in dieser Dissertation neue Konzepte für die modellgetriebene Entwicklung und Bereitstellung von Webanwendungen vorgestellt. Die zugrunde liegende Idee besteht darin, das Paradigma der Serviceorientierung auf die Präsentationsebene zu erweitern. So sollen erstmals – neben Daten- und Geschäftslogik – auch Teile der Anwendungsoberfläche in Form wiederverwendbarer Komponenten über Dienste bereitgestellt werden. Anwendungen sollen somit über alle Anwendungsebenen hinweg nach einheitlichen Prinzipien „komponiert“ werden können. Den ersten Schwerpunkt der Arbeit bilden die entsprechenden universellen Modellierungskonzepte für Komponenten und Kompositionen. Sie erlauben u. a. die plattformunabhängige Beschreibung von Anwendungen als Komposition der o. g. Komponenten. Durch die Abstraktion und entsprechende Autorenwerkzeuge wird die Entwicklung so auch für Domänenexperten bzw. Nicht-Programmierer möglich. Der zweite Schwerpunkt liegt auf dem kontextadaptiven Integrationsprozess von Komponenten und der zugehörigen, serviceorientierten Referenzarchitektur. Sie ermöglichen die dynamische Suche, Bindung und Konfiguration von Komponenten, d. h. auf Basis der o. g. Abstraktionen können genau die Anwendungskomponenten geladen und ausgeführt werden, die für den vorliegenden Nutzer-, Nutzungs- und Endgerätekontext am geeignetsten sind. Der dritte Schwerpunkt adressiert die Kontextadaptivität der kompositen Anwendungen in Form von Konzepten zur aspektorientierten Definition von adaptivem Verhalten im Modell und dessen Umsetzung zur Laufzeit. In Abhängigkeit von Kontextänderungen können so Rekonfigurationen von Komponenten, ihr Austausch oder Veränderungen an der Komposition, z.B. am Layout oder dem Datenfluss, automatisch durchgesetzt werden. Alle vorgestellten Konzepte wurden durch prototypische Implementierungen praktisch untermauert. Anhand diverser Anwendungsbeispiele konnten ihre Validität und Praktikabilität – von der Modellierung im Autorenwerkzeug bis zur Ausführung und dynamischen Anpassung – nachgewiesen werden. Die vorliegende Dissertation liefert folglich eine Antwort auf die Frage, wie zukünftige Web- bzw. Mashup-Anwendungen zeit- und kostengünstig entwickelt sowie zuverlässig und performant ausgeführt werden können. Die geschaffenen Konzepte bilden gleichermaßen die Grundlage für eine Vielzahl an Folgearbeiten.:Verzeichnisse vi Abbildungsverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vii Verzeichnis der Codebeispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ix Abkürzungsverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . x 1 Einleitung 1 1.1 Problemdefinition, Thesen und Forschungsziele . . . . . . . . . . . . . . 3 1.1.1 Probleme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.1.2 Thesen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.1.3 Forschungsziele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.2 Abgrenzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.3 Aufbau der Arbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2 Grundlagen, Szenarien und Herausforderungen 12 2.1 Grundlagen und Begriffsklärung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.1.1 Komposite und serviceorientierte Webanwendungen . . . . . . . 13 2.1.2 Mashups . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.1.3 Modellgetriebene Software-Entwicklung . . . . . . . . . . . . . . 17 2.1.4 Kontext und kontextadaptive Webanwendungen . . . . . . . . . 18 2.2 Szenarien und Problemanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2.2.1 Dienstkomposition zur Reiseplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2.2.2 Interaktive Aktienverwaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.2.3 Adaptive Touristeninformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.3 Anforderungen und Kriterien der Analyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.3.1 Anforderungen an Komponenten- und Kompositionsmodell . . . 25 2.3.2 Anforderungen an die Laufzeitumgebung . . . . . . . . . . . . . 27 3 Stand der Forschung und Technik 30 3.1 SOA und Dienstkomposition zur Interaktion mit Diensten . . . . . . . . . 31 3.1.1 Statische Dienstkomposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 3.1.2 Dynamische Dienstauswahl und -Komposition . . . . . . . . . . . 33 3.1.3 Adaptionskonzepte für Dienstkompositionen . . . . . . . . . . . . 45 3.1.4 Interaktions- und UI-Konzepte für Dienstkompositionen . . . . . . 48 3.2 Web Engineering - Entwicklung interaktiver adaptiver Webanwendungen 50 3.2.1 Entwicklung von Hypertext- und Hypermedia-Anwendungen . . 51 3.2.2 Entwicklung von Mashup-Anwendungen . . . . . . . . . . . . . . 54 3.3 Zusammenfassung und Diskussion der Defizite existierender Ansätze . . 67 3.3.1 Probleme und Defizite aus dem Bereich der Dienstkomposition . 67 3.3.2 Probleme und Defizite beim Web- und Mashup-Engineering . . . 69 4 Universelle Komposition adaptiver Webanwendungen 73 4.1 Grundkonzept und Rollenmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 4.2 Modellgetriebene Entwicklung kompositer Mashups . . . . . . . . . . . 75 4.2.1 Universelles Komponentenmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 4.2.2 Belangorientiertes Kompositionsmodell . . . . . . . . . . . . . . . 76 4.3 Dynamische Integration und Laufzeitumgebung . . . . . . . . . . . . . 78 4.3.1 Kontextsensitiver Integrationsprozess für Mashup-Komponenten . 79 4.3.2 Referenzarchitektur zur Komposition und Ausführung . . . . . . . 80 4.3.3 Unterstützung von adaptivem Laufzeitverhalten in Mashups . . . 81 5 Belangorientierte Modellierung adaptiver, kompositer Webanwendungen 83 5.1 Ein universelles Komponentenmodell für Mashup-Anwendungen . . . . 84 5.1.1 Grundlegende Eigenschaften und Prinzipien . . . . . . . . . . . . 84 5.1.2 Komponententypen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 5.1.3 Beschreibung von Komponenten . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 5.1.4 Nutzung der Konzepte zur Komponentenentwicklung . . . . . . . 99 5.2 Ein belangorientiertes Metamodell für interaktive Mashup-Anwendungen 100 5.2.1 Conceptual Model – Modellierung der Anwendungskonzepte . . 102 5.2.2 Communication Model – Spezifikation von Daten- und Kontrollfluss 107 5.2.3 Layout Model – Visuelle Anordnung von UI-Komponenten . . . . 114 5.2.4 Screenflow Model – Definition von Navigation und Sichten . . . . 115 5.3 Modellierung von adaptivem Verhalten . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 5.3.1 Adaptionstechniken für komposite Webanwendungen . . . . . . 117 5.3.2 Adaptivity Model – Modellierung von Laufzeitadaptivität . . . . . 119 5.4 Ablauf und Unterstützung bei der Modellierung . . . . . . . . . . . . . . 126 5.5 Zusammenfassung und Diskussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 6 Kontextsensitiver Integrationsprozess und Kompositionsinfrastruktur 132 6.1 Ein kontextsensitiver Integrationsprozess zur dynamischen Bindung von Mashup-Komponenten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 6.1.1 Modellinterpretation oder -transformation . . . . . . . . . . . . . . 134 6.1.2 Suche und Matching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 6.1.3 Rangfolgebildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 6.1.4 Auswahl und Integration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 6.2 Kompositionsinfrastruktur und Laufzeitumgebung . . . . . . . . . . . . . 146 6.2.1 Verwaltung von Komponenten und Domänenwissen . . . . . . . 146 6.2.2 Aufbau der Laufzeitumgebung (MRE) . . . . . . . . . . . . . . . . 148 6.2.3 Dynamische Integration und Verwaltung von Komponenten . . . 151 6.2.4 Kommunikationsinfrastruktur und Mediation . . . . . . . . . . . . . 155 6.3 Unterstützung von Adaption zur Laufzeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 6.3.1 Kontexterfassung, -modellierung und -verwaltung . . . . . . . . . 163 6.3.2 Ablauf der dynamischen Adaption . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 6.3.3 Dynamischer Austausch von Komponenten . . . . . . . . . . . . 170 6.4 Zusammenfassung und Diskussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 7 Umsetzung und Validierung der Konzepte 178 7.1 Realisierung der Modellierungsmittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 7.1.1 Komponentenbeschreibung in XML und OWL . . . . . . . . . . . 179 7.1.2 EMF-basiertes Kompositionsmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 7.1.3 Modelltransformationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 7.1.4 Modellierungswerkzeug . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 7.2 Realisierung der Kompositions- und Laufzeitumgebung . . . . . . . . . . 185 7.2.1 Semantische Verwaltung und Discovery . . . . . . . . . . . . . . 185 7.2.2 Kompositions- bzw. Laufzeitumgebungen . . . . . . . . . . . . . . 192 7.2.3 Kontextverwaltung und Adaptionsmechanismen . . . . . . . . . 201 7.3 Validierung und Diskussion anhand der Beispielszenarien . . . . . . . . . 210 7.3.1 Reiseplanung mit TravelMash . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 7.3.2 Aktienverwaltung mit StockMash . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 7.3.3 Adaptive Touristeninformation mit TravelGuide . . . . . . . . . . . 216 7.3.4 Weitere Prototypen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 7.4 Zusammenfassung und Diskussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 8 Zusammenfassung, Diskussion und Ausblick 226 8.1 Zusammenfassung der Kapitel und ihrer Beiträge . . . . . . . . . . . . . 227 8.2 Diskussion und Bewertung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 8.2.1 Wissenschaftliche Beiträge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 8.2.2 Einschränkungen und Grenzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236 8.3 Laufende und zukünftige Arbeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238 Anhänge 242 A.1 Komponentenbeschreibung in SMCDL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 A.2 Komponentenmodell in Form der MCDO . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243 A.3 Kompositionsmodell in EMF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 Verzeichnis eigener Publikationen 246 Webreferenzen 249 Literaturverzeichnis 25

Improving Context Recognition In Ubiquitous Computing Environments

Ziel dieser Arbeit ist es, kontextverarbeitende Anwendungen einer ubiquitären Informationsumgebung, systematisch umzustrukturieren und zu erweitern, so dass eine signifikante Verbesserung in der Erkennung von Kontexten erreicht werden kann. Dazu wurde das Konzept des systematischen Kontextmanagements eingeführt, das eine neue Schicht innerhalb kontextverarbeitender Systeme bildet. Voraussetzung für effiziente Qualitätssicherungsmechanismen ist eine systematische und formale Ausgestaltung der Repräsentation, Verarbeitung und Kommunikation von Kontexten. Ein solches formales Modell einer ubiquitären Informationsumgebung wurde hier eingeführt. Es bildet die Grundlage des Qualitätsmanagements für Kontexte. Der zentrale Beitrag dieser Arbeit ist ein Qualitätsmanagementsystem für Kontexte auf der Basis von Kontextattributen. Attribute sind dabei allgemeine Eigenschaften von Kontextdaten, welche von der semantischen Bedeutung, die Kontexte für die Anwendungen einer ubiquitären Informationsumgebung haben, unabhängig sind. Das vorgestellte Modell definiert vier solche Attribute: das Kontextalter, die räumliche Herkunft des Kontextes, die Verlässlichkeit der Kontextinformation und die informationelle Abhängigkeit von Kontexten. Für jedes dieser Attribute werden konkrete Algorithmen und Verfahren eingeführt, welche die quantitative Beurteilung der Qualität einer Kontextinformation erlauben. Diese werden innerhalb der neu eingeführten Kontextmanagementschicht in einem Qualitätsfilter umgesetzt. Durch die Filterkomponente erhalten alle Artefakte die Möglichkeit, dynamisch die eingehenden Kontexte auf der Basis ihrer Qualitätsmaße zu filtern und so ihre eigene Dienstqualität zu verbessern. Im Ergebnis konnte, durch das hier vorgestellte Kontextmanagementsystem, eine Verbesserung der Erkennungsrate von Artefakten einer ubiquitären Informationsumgebung um bis zu 48% nachgewiesen werden.The goal of this work was to gain a significant improvement of context recognition rates of applications in ubiquitous computing environments by systematically restructuring and enhancing them. To reach this goal the concept of "Systematic Context Management" was introduced that forms a new processing layer in context sensitive systems. Systematic and formal definitions of context representation, context processing and context communication are required to build efficient quality management mechanisms. Such a formal model of a ubiquitous computing environment is introduced in this thesis. It represents the basis of a quality management system for context data. The central contribution of this work is a quality management system for contexts on basis of Context Attributes. Context Attributes are general attributes of context data that are independent from the semantically meaning of the context for an application in a ubiquitous computing environment. The presented model defines four Context Attributes: context age, spatial origin of contexts, context reliability and informational interdependence of contexts. For each of these attributes concrete algorithms and methods have been developed that allow for the quantitative assessment of context quality. These algorithms and methods are implemented in a quality-filter that is part of the newly introduced context management layer. With this filter component artefacts gain the ability to dynamically filter contexts on basis of their quality allowing for an improvement of the service quality of those artefacts. As a result of this work, it was possible to prove that by the introduction of the context management system developed in this thesis, the context recognition rate of artefacts in a ubiquitous computing environment can be improved by up to 48%

An architecture for deriving and implementing context-dependent security measures on mobile devices

Aufgrund der steigenden Nutzung mobiler Geräte und der Vielzahl persönlicher bzw. geschäftlicher Daten, die auf mobilen Geräte gespeichert und verarbeitet werden, sind mobile Geräte zu einem attraktiven Angriffsziel geworden. Ungeachtet des Schutzbedarfs hat sich die Sicherheitssoftware, wie man sie von stationären Systemen her kennt, auf mobilen Geräten bisher nicht durchsetzen können. Sicherheitsansätze stationärer Systeme können mobile Geräte zwar vor Bedrohungen schützen, jedoch sind diese Ansätze zu ressourcenintensiv für mobile Geräte, deren Rechenleistung und Akkukapazität relativ begrenzt ist. Um den Schutzbedarf mobiler Geräte und deren Anwendungen unter Berücksichtigung der begrenzten Ressourcen zu erfüllen, wird in dieser Arbeit ein Architekturmodell konzipiert, das Anwendungen, abhängig von Bedrohungen, Sicherheitsmaßnahmen bereitstellt. Anders als beim Sicherheitsansatz stationärer Systeme werden nur die Sicherheitsmaßnahmen umgesetzt, die aufgrund der aktuellen Bedrohungen notwendig sind. Ermöglicht wird die adaptive Bereitstellung von Sicherheitsmaßnahmen durch einen in dieser Arbeit vorgestellten Ansatz, der die Ermittlung von Bedrohungen und geeigneter Maßnahmen aus Kontextinformationen und Erfahrungswerten zulässt. Zuletzt wird die Realisierbarkeit des Architekturmodells anhand einer prototypischen Implementierung nachgewiesen.Due to the increased use of mobile devices and due to multiplicity of private as well as business data which is stored and processed on mobile devices, the latter are becoming an attractive target for attacks. Regardless of the needs for protection, security software, as known from stationary systems, has not become accepted yet. Security approaches of stationary systems are able to protect mobile devices against threats, but these approaches are too resource-intensive for mobile devices because its computing power and battery capacity is relatively limited. To fulfil security requirements of mobile devices and their applications, considering their limited resources, this work depicts an architecture model which provides security measures to applications, depending on threats. Unlike the stationary approach of security systems, only those security measures are executed that are necessary due to the currently existing threats. The adaptive deployment of security measures is enabled by an approach introduced in this work, that allows the identification of threats and appropriate actions based on context information and experiences. Finally, the feasibility of the architectural model is demonstrated by a prototype