Innovative Informatikanwendungen : Informatik 2003 ; 29. September - 2. Oktober 2003 in Frankfurt am Main

Tagungsprogramm INFORMATIK 2003 Innovative Informatikanwendungen. 33. Jahrestagung der Gesellschaft für Informatik e.V. (GI) 29. September bis 2. Oktober 2003 Frankfurt am Mai

Umgebungsmodelle und Navigationsdaten für ortsbezogene Dienste in Gebäuden

Ortsbezogene Dienste in Gebäuden (Indoor Location-based Services, I-LBS) sammeln, verarbeiten und stellen Informationen bereit, die in Abhängigkeit der Aufenthaltsorte ihrer Zielobjekte sowie auf der Grundlage eines Umgebungsmodells des jeweiligen Gebäudes berechnet werden. Die Anwendungsbereiche von I-LBS reichen dabei von personenbezogenen Diensten wie z.B. Navigation, ortsbezogenen Benachrichtigungen und Ressourcen-Suche über organisationsbezogene Dienste zur Steuerung und Optimierung von Arbeitsprozessen und Ressourcen bis hin zu Anwendungen, die personen- und organisationsübergreifend Informationen über Zielobjekte und deren jeweilige Umgebungen austauschen. Für die Erzeugung und Nutzung von Umgebungsmodellen ergeben sich mehrere Herausforderungen: Bei der automatischen Erzeugung eines Modells müssen die Eigenschaften eines Gebäudes so erfasst werden, dass dadurch nicht nur Orte gesucht oder kürzeste Wege ermittelt werden können, sondern auch Navigationsdaten für die Berechnung von Navigationsanweisungen zur Verfügung stehen. Dabei stellt sich die Frage, wie ein solches Umgebungsmodell aufgebaut sein muss und wie es sich berechnen lässt. Zur Bereitstellung für verschiedene Dienste wird ein geeignetes Format benötigt, in dem alle relevanten geometrischen, symbolischen und topologischen Informationen über ein Gebäude abgebildet sind. Eine wichtige Rolle spielen dabei auch unterschiedliche Positionierungsverfahren, die miteinander kombiniert werden können und deren heterogene Positionsdaten integriert werden müssen. Für die Realisierung von Indoor-Navigationssystemen besteht sowohl bei stationären als auch bei mobilen Lösungen eine Herausforderung in der Berechnung von dedizierten Navigationsanweisungen. Diese leiten einen Benutzer anhand von textbasierten oder graphischen Hinweisen zu seinem Ziel, dabei können auch Landmarken in die Navigationsanweisungen mit einbezogen werden. Im Rahmen dieser Dissertation werden neue Lösungen für die vorgenannten Probleme aufgezeigt, und die entwickelten Konzepte werden anhand von Simulationen sowie praktischen Umsetzungen diskutiert.Indoor Location-based Services (I-LBS) collect, process and provide information by taking into account the properties of a building and the locations of mobile targets inside. Application scenarios for I-LBS include personal services such as navigation, location-dependent notifications or searching for resources, as well as corporate services for managing and optimizing workflows, and services that combine location data from targets among several organizations. Creating and utilizing a location model involves several challenges: the properties of a building need to be modeled in a way which allows for computations not limited to searching for nearby places or calculating shortest paths, but also include navigation data, which is required for providing navigation instructions. Thus a central question is which information should be included in a location model and how can it be computed. In order to provide location models for different services, an appropriate format is required, which covers the relevant geometric, symbolic and topological information. Also positioning systems play an important part, given that they can be combined with each other and that their heterogeneous position data need to be integrated. Providing intelligible and dedicated navigation instructions poses a challenge for the realization of both stationary and mobile indoor navigation systems. Such instructions guide users to their destination by means of textual or graphical references, which both can be further enriched by incorporating landmarks into the navigation instructions. This dissertation develops new solutions to the above-mentioned problems and the presented concepts are evaluated on the basis of simulations and practical implementations

VR-Informationssystem zur Bestimmung der benutzerorientierten Anforderungen für VR-Systeme im Kontext der virtuellen Produktentwicklung

Neue technologische Softwaresysteme müssen nutzerorientiert, profitabel, flexibel und gleichzeitig performant entwickelt werden. Durch den rasanten Fortschritt innovativer Technologien führt dies oftmals zu einem Defizit im Informations- oder Kommunikationsfluss zwischen beteiligten Stakeholdern. Im Kontext von Virtual Reality (VR)-Anwendungen kommt erschwerend hinzu, dass diese innovative Technologie und deren Funktionsumfang noch unzureichend beschrieben ist. Dies führt einerseits dazu, dass VR-KundInnen ihre Wünsche und Visionen bezüglich eines VR-Systems nicht entsprechend der aktuellen technischen Möglichkeiten ausrichten und formulieren können. Andererseits haben VR-EntwicklerInnen die Herausforderungen, kunden-orientiert zu konzipieren und zu kommunizieren und dabei das volle Potenzial auszuschöpfen, das mit VR-Technologien erbracht werden kann. Es fehlt an einem strukturierten Hilfsmittel, mit dem VR-KundInnen sowohl bei einer ersten Konfiguration eines gewünschten VR-Systems assistiert werden und relevante Informationen bereitgestellt bekommen als auch VR-EntwicklerInnen eine Übersicht für eine optimale Erstgesprächsvorbereitung sowie eine unmittelbare Entscheidungsgrundlage für eine Auftragsannahme erhalten. Das Ziel dieser Arbeit besteht in der Unterstützung des frühzeitigen Informationsaustausches zwischen VR-KundInnen und VR-EntwicklerInnen. Hierzu erfolgt die Entwicklung eines VR-Informationssystems, dessen Einsatz der VR-Systemrealisierung vorgelagert ist und das gewünschte VR-System spezifiziert. Durch die Bereitstellung aller VR-Spezifikationen und zugehöriger Metainformationen soll es VR-KundInnen möglich sein, Wissen über VR zu erwerben, ein gewünschtes VR-System zu konfigurieren und Schwerpunkte zu priorisieren. VR-EntwicklerInnen sollen im Sinne einer kundenorientierten VR-Systementwicklung das volle Potenzial von VR ausschöpfen können und im gesamten Softwareentwicklungsprozess unterstützt werden. Dabei wird der Rahmen des VR-Informationssystems auf den Einsatz von VR in der Produktentwicklung begrenzt.New technological software systems shall be developed in a user-oriented, profitable, flexible and, at the same time, in a high-performance manner. However, due to the rapid progress of innovative technologies, this often leads to a deficit in the information flow or the communication between the stakeholders involved in the early development. In the context of Virtual Reality (VR) applications, an additional challenge is that these innovative technologies and their range of functions are yet described insufficiently. On the one hand, this means that VR customers cannot streamline and formulate their wishes and visions from the VR system keeping in view the current technical possibilities. On the other hand, VR developers face the challenge of designing and communicating in a customer-oriented manner and thereby exploiting the full potential that can be offered from VR technologies. Currently, there is no structured tool available with which VR customers can be assisted with the initial configuration of the desired VR system and the acquisition of relevant information as well as the VR developers can be assisted with an overview for optimal preparation for an initial meeting and an immediate basis for decision making about accepting a development order. The goal of this work is to support the early exchange of information between VR customers and VR developers. For this purpose, a VR information system is developed with upstream use in the VR system implementation and it specifies the desired VR system. By providing all VR specifications and associated meta-information, VR customers shall be able to acquire knowledge about VR, configure the desired VR system and prioritize areas of focus. VR developers should be able to exploit the full potential of VR to develop a customer-oriented VR system and be supported in the entire software development process. The scope of the developed VR information system is limited to the use of VR in product development

In-situ-Fabrikation

Die technischen Anforderungen zukünftiger Bauprozesse werden immer komplexer und erfordern maßgeschneiderte Lösungen. Computergesteuerte Produktionsmethoden ermöglichen die Herstellung individuell gestalteter Bauteile ohne erhöhten Kosten- und Zeitaufwand. Im Gegensatz zu stationären Maschinen können mobile Einheiten direkt auf einer bestehenden Baustelle eingesetzt werden und die Leistungsfähigkeit digital beschriebener Elemente produktiv mit einer In-situ-Bauweise vereinen. Der direkte Einsatz von Industrierobotern in der Architektur und die roboterbasierte Fertigung im Maßstab 1 : 1 sind Kernthemen dieser Arbeit. Mobile Robotersysteme müssen die gebaute Umgebung wahrnehmen und auf veränderte Bedingungen reaktiv eingehen können. Als Grundlage für die Dissertation dient die erforderliche Untersuchung des neuartigen Zusammenschlusses der roboterbasierten digitalen Fabrikation mit kognitiven Fähigkeiten. Der experimentelle Schwerpunkt dieser Forschungsarbeit liegt daher ebenso auf der digitalen Ansteuerung und Durchführung maschineller Bauprozesse wie auf der Entwicklung einer mobilen Robotereinheit und von erweiterten Rückkopplungs- und Lokalisierungstechniken durch Sensorik. Der Synergieeffekt zwischen den Forschungsbereichen Architektur und Experimentelle Informatik ist angesichts dieser interdisziplinären Themenbereiche von zentraler Bedeutung.The technical demands of future construction processes are becoming increasingly complex and require customised solutions. Computercontrolled production methods allow for the manufacture of individually designed building components without increasing outlay in terms of costs or time. In contrast to stationary machines, mobile units can be deployed directly on an existing building site and thus combine the capabilities of digitally defined elements with an in-situ construction technique. The core themes of this dissertation are the direct use of industrial robots in architecture and robot- assisted in-situ fabrication on a 1 : 1 scale. Mobile robotic systems must be able to perceive the constructed environment and respond to changing conditions. The necessary investigation of the innovative fusion of robot-based digital fabrication and cognitive abilities forms the basis of this research. Thus, the experimental focus of this research is on the development of a mobile robotic unit and advanced feedback and localisation techniques, as well as the digital management and implementation of mechanical construction processes. Due to the interdisciplinary nature of this subject area, the synergetic effect between the research areas of architecture and experimental computer science is of central importance

Event management for mobile users

This technical report presents the results of the project "Event Management for Mobile Users", a research cooperation between Universität Stuttgart and Microsoft. In Vienna, Microsoft chief executive Bill Gates recently expressed his vision of a seamless interaction of different computing devices, from PC to mobile phone, that proactively support the users wherever they go. Among other things, he said: "For example, if you want to be notified about something that's changing, that's important to you, software should know which device you have with you and should know what you're doing, know the context to understand if interrupting you with this new information is appropriate or not." (Bill Gates, January 28, 2004, [Los Angeles Times 2004]) This project may present one step towards realizing his vision. It is about event support for mobile users. Depending on their current context, they want to be informed about events that occur in the world around them - the physical as well as the virtual world of digital information systems. So, to optimally support its users, future generations of web services will need information about the real-world context of the user, especially their spatial context. This project was carried out in close cooperation with the Nexus project at Universität Stuttgart, whose goal is to support mobile context-aware applications based on a distributed spatial world model. Events of special interest in this context are spatial events, i.e. events that occur when a certain spatial constellation of objects is reached, e.g. when two people meet or when a customer enters a shopping mall. As the underlying world model is distributed, the events have to be observed on a distributed model. The number of potential spatial events is not restricted, e.g. the event that a user enters an area could be of interest for arbitrary areas. Also, as the spatial world model is distributed over many servers, a local observation is no longer sufficient. Therefore, the well-known publish-subscribe paradigm, in which the observation occurs implicitly within local observers, has to be extended. We propose an observation-notification paradigm, in which the observation of events has to be explicitly initiated by interested clients. The event service that conforms to the new paradigm consists of two components: an observation service, which observes events through a distributed model, and a notification service, which efficiently delivers event notifications. This paradigm applies to all scenarios in which the data needed for the observation of events is distributed over multiple sources. The user wants the specification of events to be as simple and easy as possible. He only wants to specify what event is to be observed, not how the observation of the event is realized. Therefore the distribution aspects should be transparent to the user. However, these aspects have a strong influence on the accuracy of the model and thereby directly affect the accuracy of event observation. We propose that the user specifies an event as a predicate, which becomes true when the event has occurred, plus a threshold probability. If the probability that the event has occurred is above the threshold probability, the event is considered to have occurred and an event notification is sent. The above sketched solution requires calculating the probability with which an event has occurred. We first show which parameters influence the accuracy of the data. We then present update protocols that guarantee a certain accuracy of data in the observer model, i.e. the model where the event is actually observed. Finally we show, how the occurrence probability can be calculated. Based on the identified parameters, the placement of the observation in the system can also be optimized with regard to the accuracy of the data. We have implemented the event service and integrated it into the Nexus platform. As the Nexus platform is intended as an open platform with possibly world-wide scale, scalability, efficiency and interoperability have been important requirements for the design of the components. To support interoperability, we have built on standard technologies like XML, HTTP and SOAP. The evaluation of the event service within the Nexus context shows the feasibility of the approach. We were able to show that the event service performs adequately in certain example scenarios. Experiments with a large-scale scenario are the next steps on our agenda

Konzeption und Realisierung eines kontextsensitiven Routingverfahrens

Communication and information services both depend on the individual needs of the users and on the possibilities of the used network techniques. To provide an optimal service level adapted to the user, his context must be considered. Thereby, service access should be carried out as flexibly and independently from the network as possible. Infrastructure networks, due to their topology, cannot give mobile access to such services everywhere. Mobile ad hoc networks are not bound to any infrastructure and are therefore very flexibly applicable. As a result of their dynamic topology, there are special requirements to routing and service discovery compared to conventional networks. Conventional methods usually are neither usable in ad hoc networks, nor suitable in heterogeneous environments. Especially because of the progressive convergence of the networks a network-wide solution is inevitable. This work therefore is concerned with the topics of ad hoc networks as well as routing protocols and procedures which are used for these. Possibilities for service discovery are described and compared. Based on this, an architectural concept is developed, which permits service discovery both in ad hoc networks and in conventional infrastructure networks. Service discovery is combined with a routing protocol especially extended for this purpose. Why this kind of service discovery on network level is advantageous is described and well founded. Principal components of the developed architecture are the so-called context-routers, which support service discovery independently of the address of a service provider. Thus, the user does not need to know such an address. Service discovery is, therefore, depending on the service itself and on the available information about the context of the user. Hence, a service optimally adapted to the user is selected. The concept supports rerouting data messages to an alternative server, if the original server breaks down, and offers the possibility for the provider to control service discovery and communication. A verification of the presented concept is carried out with practical implementations. The demonstrator network developed for this is used for a set of tests to verify the functions and the efficiency of the architecture. The results prove that the concept can meet the requirements. Finally, suggestions for future advancements conclude this dissertation.Das Angebot von Kommunikations- und Informationsdiensten richtet sich einerseits nach den individuellen Bedürfnissen der Nutzer andererseits aber auch nach den Möglichkeiten der verwendeten Netztechniken. Um einen optimal auf den Nutzer angepassten Dienst bereitstellen zu können, muss dessen Kontext berücksichtigt werden. Ein Dienstzugriff soll dabei möglichst flexibel und unabhängig vom Netz erfolgen. Den mobilen Zugriff auf solche Dienste können Infrastrukturnetze, durch ihre Topologie bedingt, nicht überall bedienen. Mobile Ad-hoc-Netze sind dagegen an keine Infrastruktur gebunden und deshalb sehr flexibel einsetzbar. Durch deren dynamische Topologie ergeben sich jedoch gegenüber den herkömmlichen Netzen auch spezielle Anforderungen an die Routen- und Dienstsuche. Konventionelle Verfahren sind hierbei in der Regel weder nutzbar, noch für einen Einsatz in heterogenen Umgebungen geeignet. Gerade mit der fortschreitenden Konvergenz der Netze ist aber eine netzübergreifende Lösung unumgänglich. Die vorliegende Arbeit befasst sich deshalb mit den Themen Ad-hoc-Netze sowie den hierbei eingesetzten Routingprotokollen und -verfahren. Es werden Möglichkeiten zur Dienstsuche erläutert und gegenübergestellt. Mit den Erkenntnissen daraus wird ein Architekturkonzept entwickelt, das die Dienstsuche sowohl in Ad-hoc- als auch in herkömmlichen Infrastrukturnetzen erlaubt. Die Dienstsuche erfolgt dabei in Verbindung mit einem für diesen Zweck erweiterten Routingverfahren. Warum diese Art einer Dienstsuche auf Netzwerkebene vorteilhaft ist, wird erläutert und begründet. Kernstück der entwickelten Architektur bilden die so genannten Kontextrouter, die eine Dienstsuche unabhängig von der Adresse eines Dienstanbieters unterstützen. Auch der Nutzer benötigt keine Kenntnis über eine solche Adresse. Eine Suche erfolgt lediglich über den Dienst und den zur Verfügung stehenden Informationen über den Kontext des Nutzers. Damit wird ein auf den Nutzer optimal angepasster Dienst ausgewählt. Das Konzept unterstützt die Weiterleitung von Daten zu einem alternativen Server, sofern der ursprüngliche Server ausfällt, und bietet Providern die Möglichkeit, steuernd auf die Dienstsuche und -kommunikation einzuwirken. Das Verifizieren des vorgestellten Konzeptes erfolgt auf Basis praktischer Realisierungen. Das dazu aufgebaute Demonstratornetzwerk dient für eine Reihe von Tests zum Nachweis der Funktionen und der Leistungsfähigkeit der Architektur. Die daraus resultierenden Ergebnisse beweisen, dass das Konzept den gestellten Anforderungen genügen kann. Abschließend werden in der Arbeit Vorschläge für zukünftige Weiterentwicklungen unterbreitet

Konzeption und Realisierung eines Sicherheitskonzepts zur sicheren Datenstromverarbeitung in einer verteilten Ausfürhungsumgebung

Vorliegende Diplomarbeit entwickelt ein Sicherheitskonzept für NexusDS. Das Konzept definiert Sicherheitsmechanismen um den Zugriff und die Verarbeitung von sensiblen und geschützten Daten zu kontrollieren. Die Mechanismen beinhalten Funktionen um Daten zu Anonymisieren und zu Verschleiern. Die Entwicklung des Konzeptes beinhaltet die Abgrenzung von Sicherheit im Kontext von NexusDS, Erhebung von Anforderungen aus Anwendungsszenarien und NexusDS selbst, die Entwicklung entsprechend dienlicher Maßnahmen, deren Umsetzung in eine Sicherheitsarchitektur und eine prototypische Implementierung in NexusDS.This diploma thesis develops a security concept for NexusDS. The concept defines a set of mechanisms to limit the access on data with the purpose to control access on sensitive information. The mechanisms also include functions to mask and anonymize data. For the development of the concept, the thesis analyses the actual situation of the NexusDS and considers several scenarios of use. Based on this analyze, a security architecture for NexusDS was developed and integrated as a prototype implementation into NexusDS

Extraktion von Kontextinformationen zur Analyse von Nutzerströmen

Kontextadaptive Dienste ermitteln auf Basis von Sensordaten die aktuelle Situation des Nutzers. Dabei zählt neben Zeit, Identität und Aktivität vor allem der Aufenthaltsort zu den primären Kontextinformationen. Gerade Gebäude- und Infrastrukturbetreiber haben höchstes Interesse an solchen Daten, bekommen jedoch nur selten Zugriff darauf. Eine vielversprechende Alternative stellt das Aufzeichnen und Analysieren von Bluetooth- bzw. WLAN-Signalen dar, welches sich auch ohne Einverständnis der Nutzer realisieren lässt. Einige Startup-Unternehmen bieten mit dieser Strategie bereits Kundenanalysen an, jedoch fehlen wissenschaftliche Studien über die tatsächliche Güte solcher Verfahren. Zudem stellt die Extraktion primärer Kontextinformationen eine bisher ungelöste Herausforderung dar, da die aufgezeichneten Daten ein hohes Rauschen und eine geringe Frequenz aufweisen. Die vorliegende Arbeit geht dieses Problem der Datenunsicherheit an. So wird im ersten Teil untersucht, wie und welche Informationen aus Kommunikationsdaten gewonnen werden können. Diese werden anschließend zur Berechnung von Nutzerströmen in einem realen Szenario verwendet. Mithilfe einer bekannten Grundwahrheit können erstmals belastbare Aussagen über die Güte der evaluierten Verfahren getroffen werden. Die Ergebnisse zeigen, dass sich gerade WLAN-Daten zur Nutzerstromanalyse eignen, weshalb anschließend Simulationsmodelle von WLAN-Beobachtungen entwickelt werden. Dabei wird erstmals neben der Zeit auch die Aktivität und das Endgerät berücksichtigt. Der zweite Teil beschäftigt sich mit der Extraktion der Ortsinformation aus WLAN-Daten, die von mehreren Messknoten aufgezeichnet werden. Hierbei werden zunächst geometrische Ansätze zur Platzierung solcher Knoten vorgestellt. Auf Basis der Ergebnisse werden Messknoten installiert, um Bewegungspfade mobiler Nutzer im Gebäude zu ermitteln. Es zeigt sich, dass deterministische Methoden nicht die nötige Genauigkeit liefern und probabilistische Verfahren andere Nachteile aufweisen. Deshalb wird der State-Partikel-Filter als neuartige hybride Variante vorgestellt, die im Rahmen der Evaluation bessere Ergebnisse in Bezug auf anerkannte Metriken erreicht. Im dritten Teil wird die Extraktion von Aktivitäts- und Identitätsinformationen untersucht. Hierzu wird ein modifiziertes Verfahren zur Bestimmung von Ruhe- und Bewegungsphasen vorgestellt, das im Vergleich zu verwandten Arbeiten genauer ist. Auf Basis aller verfügbaren Informationen wird schließlich zur Identitätserkennung eine Klassifizierung von Nutzerrollen durchgeführt. Anders als in bisherigen Arbeiten findet so eine komplette Extraktion primärer Kontextinformationen aus aufgezeichneten Kommunikationsdaten statt.Context-aware services mainly estimate a user's current situation using sensor data. The well-known primary types of context information are time, identity, activity, and above all, location. Building managers and infrastructure providers are particularly interested in such data. However, they hardly get access to it. A promising alternative way without requiring users' permission for data access is to observe and analyse Bluetooth as well as Wi-Fi signals. Some start-ups already apply this technique in order to offer retail analytics. However, scientific studies providing information about the real performance of such approaches are still missing. Furthermore, extracting all of the primary types of context information is still challenging, due to the fact that the recorded data suffers from high noise and low sampling rates. This work deals with the afore-mentioned problems. Hence, the first chapter investigates, how and which kind of information can be inferred from captured communication data. Subsequently, this information is used to estimate user flows in a realistic scenario. With access to a known ground truth it becomes possible for the first time to reveal the real performance of the evaluated approaches. The results indicate that Wi-Fi captures are suitable for user flow analysis. Hence, models for simulating Wi-Fi based observations are developed considering time and novel aspects such as the user's activity and the device. The second chapter deals with the extraction of location information from Wi-Fi data which is captured by several distributed monitoring units. As a first step, geometric approaches for the placement of such units are presented. Based on the achieved results, Wi-Fi monitors are deployed in order to track and estimate trajectories of mobile users. In this connection, it is shown that deterministic methods do not reach the required accuracy and probabilistic approaches suffer from different drawbacks. Therefore, the so-called State-Particle-Filter is introduced as a novel hybrid variant returning better results in terms of well-adopted metrics within the performed evaluation. In the third chapter, the extraction of activity and identity information is investigated. Therefore, a modified approach for recognition of dwell times and motion periods is introduced which is shown to be more accurate than existing techniques. Finally, on the basis of all the available information, a user role classification task is performed for identity discovery. Thus, in contrast to other works, a complete extraction of the well-known primary types of context information is realized using captured communication data and the proposed methods