Situation-aware Edge Computing

Future wireless networks must cope with an increasing amount of data that needs to be transmitted to or from mobile devices. Furthermore, novel applications, e.g., augmented reality games or autonomous driving, require low latency and high bandwidth at the same time. To address these challenges, the paradigm of edge computing has been proposed. It brings computing closer to the users and takes advantage of the capabilities of telecommunication infrastructures, e.g., cellular base stations or wireless access points, but also of end user devices such as smartphones, wearables, and embedded systems. However, edge computing introduces its own challenges, e.g., economic and business-related questions or device mobility. Being aware of the current situation, i.e., the domain-specific interpretation of environmental information, makes it possible to develop approaches targeting these challenges. In this thesis, the novel concept of situation-aware edge computing is presented. It is divided into three areas: situation-aware infrastructure edge computing, situation-aware device edge computing, and situation-aware embedded edge computing. Therefore, the concepts of situation and situation-awareness are introduced. Furthermore, challenges are identified for each area, and corresponding solutions are presented. In the area of situation-aware infrastructure edge computing, economic and business-related challenges are addressed, since companies offering services and infrastructure edge computing facilities have to find agreements regarding the prices for allowing others to use them. In the area of situation-aware device edge computing, the main challenge is to find suitable nodes that can execute a service and to predict a node’s connection in the near future. Finally, to enable situation-aware embedded edge computing, two novel programming and data analysis approaches are presented that allow programmers to develop situation-aware applications. To show the feasibility, applicability, and importance of situation-aware edge computing, two case studies are presented. The first case study shows how situation-aware edge computing can provide services for emergency response applications, while the second case study presents an approach where network transitions can be implemented in a situation-aware manner

Review of: Knauff, M., & Spohn, W. (Eds.), 2021, The Handbook of Rationality, MIT Press

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Adaptive Local Multigrid Methods for the Solution of Time Harmonic Eddy Current Problems

The efficient computation of large eddy current problems with finite elements requires adaptive methods and fast optimal iterative solvers like multigrid methods. This paper provides an overview of the most important implementation aspects of an adaptive multigrid scheme for time-harmonic eddy currents. It is shown how the standard multigrid scheme can be modified to yield an O(N) complexity even for general adaptive refinement strategies, where the number of unknowns N can grow slowly from one to the next refinement level. Algorithmic details and numerical examples are given

Entwicklung eines Strahlungsflussdichtemesssystems mit 'Moving Focus' für den Solarturm Jülich

Zur Verbesserung der Flussdichtemessung an Solarturm-Receivern wurde bereits eine Fülle von verschiedenen Konzepten beschrieben, jedoch wurden einige davon bisher noch nicht umgesetzt und somit einer näheren Betrachtung zugeführt. Zu diesem Zweck wurde im Rahmen dieser Arbeit ein Messverfahren mit der Bezeichnung 'Moving Focus' aus einem vorliegenden Konzept heraus entwickelt, in Betrieb genommen und geprüft. Dabei wurde die vorliegende Hardware des Messsystems in die Programmierumgebung LabVIEW eingebunden und zu einem funktionierenden Programm entwickelt. Erste Messungen im Betrieb wurden durchgeführt und bezüglich ihrer Genauigkeit geprüft. Das Besondere bei diesem Messsystem ist, dass der Brennfleck des Solarfelds vom Receiver auf eine Messfläche verschoben und durch eine Bildaufnahme kombiniert mit einer Live-Kalibration durch ein Radiometer ausgewertet wird. Dieses Verfahren wurde am Solarturm Jülich (STJ) erstmalig vollständig umgesetzt. Durch die Unsicherheitsanalyse konnte festgestellt werden, dass das Messsystem bei aktuellem Entwicklungsstand mit einer Gesamtunsicherheit von ± 5,3 % (Erweiterungsfakto

Die invasive Front von Plattenepithelkarzinomen des oberen Aerodigestivtraktes exprimiert MMP-9 und ist eine bevorzugte Lokalisation von Tumorstammzellkandidaten

Plattenepithelkarzinome stellen mit ca. 90% die häufigsten Malignome im Kopf-Hals- Bereich dar. Seit mehr als 30 Jahren konnte keine wesentliche Verbesserung in der Überlebenszeit von Patienten mit diesen auch als HNSCC (Head and Neck Squamous Cell Carcinoma) bezeichneten Tumoren erreicht werden. Eine wesentliche Ursache hierbei sind Resistenzmechanismen gegen klassische Therapiemaßnahmen wie Radiound Chemotherapie. Cisplatin stellt das zentrale Chemotherapeutikum in der Behandlung von HNSCC Tumoren dar und gerade Resistenzen gegen Cisplatin bzw. Platin-Analoga sind häufige Ursachen einer infausten Prognose bei Kopf- Halskarzinomen. Die in den letzten Jahren aufgestellte Tumorstammzell Hypothese besagt, dass Tumorstammzellen den eigentlich gefährlichen Anteil eines Tumors ausmachen, da sie in der Lage sind sich zu reproduzieren und mit Invasivität, Metastasierung und Chemotherapieresistenz in Verbindung gebracht werden. Vorangegangene Untersuchungen anderer Gruppen konnten zeigen, dass HNSCC Tumorzellen, welche den Hyaluronsäure-Rezeptor (CD44) exprimieren verstärkt Stammzelleigenschaften aufweisen. Aufgrund der Bedeutung dieser Zellpopulation war es ein Ziel der vorliegenden Arbeit, diesen Zelltyp in HNSCC Tumoren darzustellen und näher zu untersuchen. Bei den immunhistochemischen Untersuchungen an Formalin-fixierten, Paraffin-eingebetteten HNSCC Geweben, zeigten sich die Tumorzellen im Bereich der Tumor-Stroma Grenze, welche der Invasionsfront des Tumors entspricht, verstärkt CD44 positiv. Diese Tumorstammzellkandidaten waren auch positiv für Aldehyd- Dehydrogenase 1 (ALDH1) ebenfalls ein Stammzellmarker. Interessanterweise zeigten sich klare Übereinstimmungen in der Expression von CD44 und ALDH1 zwischen den Tumorstammzellkandidaten und Basalzellen normaler Mukosa, welche die Nische normaler Stammzellen repräsentiert. In Übereinstimmung mit diesen Beobachtungen zeigten sich die stroma-nahen HNSCC Zellen auch positiv für das basalzelltypische Zytokeratin 14 (CK14). Zymographische Untersuchungen in Verbindung mit Western blot Analysen von HNSCC Gewebe und normaler Mukosa zeigten, dass Matrix Metalloproteinase 9 (MMPZusammenfassung -65- 9) für die in HNSCC Tumoren beobachtete hohe Gelatinaseaktivität verantwortlich ist (p=0,0010). In der immunhistochemischen Untersuchung zeigte sich eine deutliche Kolokalisation von MMP-9 und CD44. Die mittels Western Blot quantifizierte Expression beider Marker ergab eine signifikante Korrelation (p=0,0047). Normale Kontroll-Mukosa hingegen war negativ für aktives MMP-9. Abschliessend kann gesagt werden, dass Zellen der invasiven Front von HNSCC Tumoren positiv sind für die basalzelltypischen Stammzellmarker CD44, ALDH1 und CK14 aber im Gegensatz zur nichtinvasiven Basalzellschicht normaler Mukosa zusätzlich auch positiv sind für aktives MMP9, welches die gelatinolytische Aktivität von HNSCC Tumoren vermittelt. Diese Beobachtungen weisen auf ein Modell hin, wobei sich Zellen der invasiven Front in HNSCC Tumoren von der Basalzellschicht normaler Mukosa ableiten (basal cell like cell layer, BCLC) und die Tumorstammzell Nische beherbergen. Weiterführende Untersuchungen sollten daher auf Tumorzellen der BCLC Schicht fokussieren, da anzunehmen ist, dass Tumorrezidive sowie Resistenzentwicklungen von diesen Zellen ihren Ausgang nehmen

Modellierung und Numerik zeitharmonischer Wirbelstromprobleme in 3D

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der numerischen Lösung zeitharmonischer Wirbelstromprobleme in 3D und Aspekten der mathematischen Modellierung. Ziel ist sowohl die Entwicklung eines effizienten Finite-Element-Codes unter Verwendung adaptiver Mehrgitterverfahren als auch die Entwicklung einer Randelementmethode für Impedanzrandbedingungen. Das zugrundeliegende Wirbelstrommodell ist eine Näherung der Maxwellschen Gleichungen und beschreibt niederfrequente elektromagnetische Phänomene, bei denen die magnetische Energie dominiert. Innerhalb der Arbeit wird eine Schranke für den Modellierungsfehler des Wirbelstrommodells hergeleitet. Aus der Fehlerbetrachtung folgt, daß die in der Ingenieurliteratur anerkannten Bedingungen (charakteristische Größe 0 konvergiert, falls ausschliesslich induzierte Wirbelströme existieren, ansonsten konvergiert der Fehler nur mit O(f). Weiterhin wird eine systematische Studie durchgeführt, wie externe Strom- und Spannungsquellen im Wirbelstrommodell berücksichtigt werden können. Dabei wird zwischen lokalen Anregungen an Kontakten, vorgegebenen Generatorstromverteilungen und nicht-lokalen Varianten unterschieden. Es wird gezeigt, daß letztere das Faradaysche Gesetz entlang von sogenannten Seifert-Flächen verletzen und keine Lösung für das elektrische Feld in H(rot) zulassen. Eine physikalische Interpretation wird gegeben. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt in der Entwicklung einer adaptiven Finite-Element-Software, die auf der Simulationsumgebung UG aufbaut. Als Grundlage dient eine auf dem elektrischen Feld basierende, sogenannte "ungeeichte" Variationsformulierung. Die Lösung ist bei Anwesenheit nichtleitender Gebietsteile nicht eindeutig und repräsentiert für diesen Fall eine Äquivalenzklasse von elektrischen Feldern, die alle auf dasselbe Magnetfeld führen, wobei letzteres die im Wirbelstrommodell relevante Größe darstellt. Zur Diskretisierung werden Whitney-Elemente verwendet. Die Berechnung erfolgt adaptiv mit Hilfe eines "Rot/Grün-Verfeinerungsalgorithmus" und eines residuenbasierten Fehlerschätzers. Zur Lösung der entstehenden Gleichungssysteme kommen Mehrgitterverfahren zum Einsatz. Diese besitzen eine optimale Komplexität und sind die derzeit schnellsten Lösungsverfahren. Dabei wird ein von R. Hiptmair entwickeltes Glättungsverfahren verwendet. Obwohl der (komplexe) zeitharmonische Fall bisher nicht von der Mehrgittertheorie abgedeckt wird, belegen die in der Arbeit durchgeführten numerischen Experimente, daß die Konvergenzraten des Mehrgitterverfahrens unabhängig von der Gitterweite gleichmäßig von Eins weg beschränkt sind. Aufgrund der Adaptivität wurde das Mehrgitterverfahren als lokales Mehrgitterverfahren implementiert, bei dem die Glättung sich auf verfeinerte Bereiche beschränkt. Dies ist notwendig, um auch im adaptiven Fall optimale Komplexität des Verfahrens zu gewährleisten. Implementiert wird das lokale Mehrgitterverfahren mit Hilfe von lokalen Gittern, die i.a. nicht das ganze Gebiet überdecken. Es wird gezeigt, daß das verwendete Glättungsverfahren gegenüber dem Standardfall erweiterte lokale Gitter erfordert. Die Lösbarkeit des singulären Gleichungssystems wird durch eine angemessene Berechnung der Stromquellen sichergestellt. Um die Kernanteile während des Lösungsprozesses zu kontrollieren, wird eine angenäherte Projektion auf die diskret divergenzfreien Felder eingesetzt. Das Gesamtverfahren wird auf realistische Problemstellungen angewendet. Für Wirbelstromprobleme, die auf sehr geringe Eindringtiefen führen, wird eine Randelementmethode realisiert. Hier wird der Einfluß des leitfähigen Gebietes durch Impedanzrandbedingungen repräsentiert. Daraus resultiert die Lösung einer Außenraumaufgabe statt eines Transmissionsproblems. Es wird eine auf dem Magnetfeld basierende Formulierung des Wirbelstrommodells verwendet und gezeigt, wie sich das Problem als eine skalare Integrodifferentialgleichung auf dem Rand des Leiters umformulieren läßt. Existenz und Eindeutigkeit werden bewiesen; ein Galerkin-Verfahren mit stetigen, stückweise linearen Randelementen wird zur Diskretisierung verwendet. Eine Fehlerabschätzung führt auf eine O(h^(5/2))-Konvergenz der Ohmschen Verluste. Das Ergebnis wird anhand eines numerischen Beispiels bestätigt. Anschließend werden die Grenzfälle unendlicher Leitfähigkeit und unendlicher Permeabilität betrachtet

A Model-Based Framework for Simplified Collaboration of Legal and Software Experts in Data Protection Assessments

The protection of personal data has become an increasingly important issue. Legal norms focused on data protection, such as the GDPR, provide legally binding requirements for systems that process personal data. Article 25 of the GDPR refers to the obligation to Data Protection by Design and Default. This can be achieved by conducting DPLA of the system in the early stages of development and implementing data protection concepts where necessary. This ties in with Article 35, which refers to an obligation to conduct DPLA before the actual processing of data. To aid in conducting continuous DPLA during the design time of software systems, we propose a model-based collaboration framework. This framework not only aids in providing consistent views of the software system for legal experts and software architects but also simplifies communication between both parties. We discuss the overall goals and benefits of such a framework and go into detail about the processes that interact as part of the framework. We also try to align legal concepts with the processes and describe the continuous iterative development using the collaboration framework

Out-of-hospital therapeutic hypothermia in cardiac arrest victims

Despite many years of research, outcome after cardiac arrest is dismal. Since 2005, the European Resuscitation Council recommends in its guidelines the use of mild therapeutic hypothermia (32-34°) for 12 to 24 hours in patients successfully resuscitated from cardiac arrest. The benefit of resuscitative mild hypothermia (induced after resuscitation) is well established, while the benefit of preservative mild to moderate hypothermia (induced during cardiac arrest) needs further investigation before recommending it for clinical routine. Animal data and limited human data suggest that early and fast cooling might be essential for the beneficial effect of resuscitative mild hypothermia. Out-of-hospital cooling has been shown to be feasible and safe by means of intravenous infusion with cold fluids or non-invasively with cooling pads. A combination of these cooling methods might further improve cooling efficacy. If out-of-hospital cooling will further improve functional outcome as compared with in-hospital cooling needs to be determined in a prospective, randomised, sufficiently powered clinical trial

Funktionelle Untersuchung von Benzimidazolen und Acridonsäureamiden als Modulatoren des ABC-Transporters ABCB1

Die humanen ABC-Transporter ABCB1 (P-Glykoprotein) und ABCG2 (Breast Cancer Resistance Protein) besitzen aufgrund ihrer ubiquitären Expression und ihrer Polyspezifität ein Vielzahl physiologischer Funktionen. Dabei beeinflussen sie insbesondere in Geweben mit einer Barrierefunktion die Absorption, Distribution, Metabolisierung und Elimination (ADME) einer Vielzahl von Arzneistoffen. Daneben sind beide Transporter an der Entwicklung der multiplen Zytostatikaresistenz (Multidrug Resistance, MDR) von Tumoren beteiligt. Die Inhibition oder Stimulation dieser ABC-Transporter stellt somit einen potentiellen Ansatz zur Aufhebung der MDR und zur gezielten Beeinflussung der Bioverfügbarkeit von Arzneistoffen dar. Ein Schwerpunkt dieser Arbeit ist die funktionelle Charakterisierung von Derivaten des QB11, eines Aktivators von ABCB1, mittels Durchflusszytometrie basierter Verfahren. Die betrachteten 9H-Imidazobenzimidazole und 2-Aryl-1H-benzimidazole sind wie die Ausgangsverbindung in der Lage, den ABCB1 vermittelten Transport der Substrate Rhodamin 123 und Daunorubicin zu stimulieren, während der Efflux anderer Substanzen inhibiert wird. Einige strukturelle Modifikationen führen jedoch zum vollständigen Verlust der aktivierenden Wirksamkeit. Basierend auf den erhaltenen Aktivitätsdaten wurde ein Pharmakophormodell erstellt, um die für die Aktivierung von ABCB1 essentiellen Strukturmerkmale zu identifizieren. Ein weiterer Aspekt dieser Arbeit ist die funktionelle Untersuchung von Acridonsäureamiden, die sich strukturell vom potenten ABCB1 und ABCG2 Inhibitor GF120918 (Elacridar) ableiten. Die inhibitorische Wirksamkeit der Verbindungen gegenüber ABCB1 ist dabei ebenfalls stark vom betrachteten Substrat abhängig (Rhodamin 123, Hoechst 33342). Eine Präferenz der Inhibitoren gegenüber einer der beiden Bindungsstellen konnte in einem enzymkinetischen Ansatz jedoch nicht festgestellt werden; sie greifen vermutlich an einer dritten Bindungsstelle des Proteins an. Im Gegensatz dazu ist die inhibitorische Wirkung gegenüber ABCG2 nicht vom betrachteten Substrat (Hoechst 33342, Pheophorbid A) abhängig. Für ausgewählte Derivate konnte aber eine kompetitive Interaktion mit Pheophorbid A nachgewiesen werden, welche darauf hindeutet, dass die Acridonsäureamide ebenfalls an dessen Bindungsstelle an ABCG2 binden. Eine Reihe von "kleinen" Acridonsäureamiden, die sich strukturell vom ABCG2 Inhibitor MBLI-87 ableiten, besitzt ebenfalls gute inhibitorische Aktivität gegenüber ABCG2. Diese Verbindungen wirken hingegen an ABCB1 aktivierend und stellen somit eine neuartige Klasse von Aktivatoren dieses ABC-Transporters dar. Die teils ausgeprägte Substratabhängigkeit der Wirkung von Modulatoren des ABCB1 besitzt eine enorme Relevanz für die Entwicklung neuer Arzneistoffe. So könnten zukünftig unter anderem Inhibitoren zur Überwindung der MDR entwickelt werden, die gezielt den Transport bestimmter Substrate hemmen. Im Falle anderer Arzneistoffe hingegen ist eine Interaktion mit ABC-Transportern meist nicht erwünscht, da sie zu schwerwiegenden Interaktionen mit weiteren Pharmaka führen kann. Um eine Interaktion z.B. mit ABCB1 sicher ausschließen zu können, ist daher in den frühen Entwicklungsphasen neuer Wirkstoffe eine Testung unter Verwendung unterschiedlicher Substrate sinnvoll