Thermal Fingerprinting—Multi-Dimensional Analysis of Computational Loads

Digital fingerprinting is used in several domains to identify and track variable activities and processes. In this paper, we propose a novel approach to categorize and recognize computational tasks based on thermal system information. The concept focuses on all kinds of data center environments to control required cooling capacity dynamically. The concept monitors basic thermal sensor data from each server and chassis entity. The respective, characteristic curves are merged with additional general system information, such as CPU load behavior, memory usage, and I/O characteristics. This results in two-dimensional thermal fingerprints, which are unique and achievable. The fingerprints are used as input for an adaptive, pre-active air-conditioning control system. This allows a precise estimation of the data center health status. First test cases and reference scenarios clarify a huge potential for energy savings without any negative aspects regarding health status or durability. In consequence, we provide a cost-efficient, light-weight, and flexible solution to optimize the energy-efficiency for a huge number of existing, conventional data center environments

Mechanical losses in low loss materials studied by Cryogenic Resonant Acoustic spectroscopy of bulk materials (CRA spectroscopy)

Mechanical losses of crystalline silicon and calcium fluoride have been analyzed in the temperature range from 5 to 300 K by our novel mechanical spectroscopy method, cryogenic resonant acoustic spectroscopy of bulk materials (CRA spectrocopy). The focus lies on the interpretation of the measured data according to phonon-phonon interactions and defect induced losses in consideration of the excited mode shape.Comment: 4 pages, 4 figures, proceedings of the PHONONS 2007, submitted to Journal of Physics: Conference Serie

On the mechanical quality factors of cryogenic test masses from fused silica and crystalline quartz

Current interferometric gravitational wave detectors (IGWDs) are operated at room temperature with test masses made from fused silica. Fused silica shows very low absorption at the laser wavelength of 1064 nm. It is also well suited to realize low thermal noise floors in the detector signal band since it offers low mechanical loss, i. e. high quality factors (Q factors) at room temperature. However, for a further reduction of thermal noise, cooling the test masses to cryogenic temperatures may prove an interesting technique. Here we compare the results of Q factor measurements at cryogenic temperatures of acoustic eigenmodes of test masses from fused silica and its crystalline counterpart. Our results show that the mechanical loss of fused silica increases with lower temperature and reaches a maximum at 30 K for frequencies of slightly above 10 kHz. The losses of crystalline quartz generally show lower values and even fall below the room temperature values of fused silica below 10 K. Our results show that in comparison to fused silica, crystalline quartz has a considerably narrower and lower dissipation peak on cooling and thus has more promise as a test mass material for IGDWs operated at cryogenic temperatures. The origin of the different Q factor versus temperature behavior of the two materials is discussed.Comment: 11 pages, 2 figures, submitted to Class. Quantum Gra

Energieeffiziente Kommunikation in verteilten, eingebetteten Systemen

Verteilte, Eingebettete Systeme beeinflussen unser tägliches Leben in unzähligen Bereichen. Getrieben durch technologische Weiterentwicklungen und neue Nutzungsprofile nimmt der Vernetzungsgrad elektronischer Geräte rapide zu. Neben einem ausgeprägten Netzwerkcharakter sind aktuelle und zukünftige Anwendungsszenarien wesentlich durch einen hohen Mobilitätsgrad geprägt. Daraus ergeben sich zunehmend Problemstellungen bzgl. geeigneter Kommunikationskonzepte und der hierfür benötigten Energieressourcen. Dieses Buch befasst sich mit Technologien, Konzepten und Protokollen zur energieeffizienten Kommunikation in verteilten, ressourcenbeschränkten Systemen. Es definiert grundlegende Begrifflichkeiten und vermittelt einen umfassenden Einblick in die verschiedenen Forschungsschwerpunkte. Relevante, technologische Entwicklungen der beiden letzten Dekaden werden vorgestellt, thematisch eingeordnet und kritisch analysiert. Anschließend erfolgt die funktional getrennte Betrachtung von Kommunikationsprozessen auf Netzwerk-, Daten- sowie Energiemanagementebene. Darauf aufbauend widmet sich das Buch der Systemintegration und damit einhergehend dem komplexen Systemkonfigurationsprozess. Unter Berücksichtigung applikationsspezifischer Rahmenbedingungen sowie funktionaler Anforderungen werden gezielt geeignete Optimierungsstrategien ausgewählt und in einer ganzheitlich angepassten Systemarchitektur kombiniert. Erst durch das präzise Zusammenspiel von Kommunikationsparadigma, Kommunikationstechnologien und Kommunikationsprotokollen entsteht ein optimiertes Gesamtsystem, welches die zur Verfügung stehenden Ressourcen effizient nutzt. Zur Bewertung kommt ein neu entwickeltes, erweitertes Quantifizierungsmodell zum Einsatz, welches die kommunikativen Aspekte verteilter Applikationsszenarien vollständig einbezieht. Im Rahmen umfangreicher Fallstudien werden ausgewählte Optimierungsverfahren simulativ sowie auf Basis unterschiedlicher Hardwareplattformen evaluiert. Aus den Ergebnissen resultieren qualitative und quantitative Rückschlüsse auf das mögliche Optimierungspotential unter realen Einsatzbedingungen. Die gewonnenen Erkenntnisse dienen als wichtige Richtgrößen für zukünftige Entwicklungen im Bereich eingebetteter, ressourcenbeschränkter Kommunikationssysteme.Embedded systems are used in almost every domain of our daily lives. Actual research and development activities focus on wireless connected and mobile system architectures. The resulting network topologies represent embedded, distributed systems, which are able to process complex tasks in a collaborative way. Most of the respective hardware platforms are energy self-sufficient with strongly limited resources for data processing, data storage and communication. With focus on the energy resources, communication tasks have a huge impact on the systems power consumption. In order to optimise the energy efficiency of these communication tasks, one key challenge for engineers is the application-specific integration of adapted communication concepts, radio technologies, and protocol stacks into an all-embracing communication architecture. This book critically discusses energy efficiency in distributed, embedded systems with focus on the communication aspects. The first part introduces basic definitions as well as a novel estimation model for quantifying energy efficiency on both local (system) and global (network) layer. In the second part, this book proposes several optimisation approaches for energy-efficient, resource-limited communication systems. This include hardware approaches as well as software approaches to optimise the runtime environment and the data processing tasks. Each approach operates on different abstraction layers within the system architecture. The last part of the book deals with the evaluation of specific optimisation strategies under real-world conditions. The test cases includes simulation scenarios as well as hardware test benches within a heterogeneous network environment. The respective results and analyses represent important guidelines for future developments in field of distributed, embedded communication platforms

Funkstandardübergreifende Kommunikation in Mobilen Ad Hoc Netzwerken

Der neunte Band der wissenschaftlichen Schriftenreihe Eingebettete, Selbstorganisierende Systeme widmet sich der funkstandardübergreifenden Kommunikation in Mobilen Ad Hoc Netzwerken. Im Zuge der fortschreitenden, drahtlosen Vernetzung mobiler Endgeräte entstehen immer neue, hochspezialisierte Kommunikationsstandards. Deren Übertragungseigenschaften sind dabei eng an den jeweiligen Anwendungsfokus gebunden. Eine intelligente Verknüpfung der verfügbaren Standards würde die Integrationsmöglichkeiten der Endgeräte deutlich erhöhen. Gleichzeitig bieten sich vielfältige Möglichkeiten, die Kommunikation bezüglich auftretender Latenzen, der Erreichbarkeit und dem Energieverbrauch zu optimieren. Im Rahmen dieser Arbeit stellt Herr Vodel ein generisches Konzept vor, welches eine solche Verknüpfung applikationsunabhängig ermöglicht. Der entwickelte Integrationsansatz nutzt dabei handelsübliche, am Markt verfügbare Funkmodule, welche auf einer hardwarenahen Ebene gekapselt werden. Der Anwendungsfokus liegt speziell im Bereich eingebetteter sowie mobiler, ressourcenbeschränkter Systeme. Für die Umsetzung des Konzeptes werden drei wesentliche Problemstellungen betrachtet. Zunächst muss die grundlegende Initialisierung und Verwaltung der heterogenen, funkstandardübergreifenden Topologie sichergestellt werden. Darauf aufbauend wird eine effiziente Routingstrategie vorgestellt, welche die Vorteile der geschaffenen Netzwerkstruktur in vollem Umfang nutzen kann. Im Zuge eines möglichen Funkstandardwechsels während der Übertragung muss außerdem ein reibungsloser Konvertierungsprozess garantiert werden. Die Evaluierung des vorgestellten Kommunikationskonzeptes erfolgt auf zwei Ebenen. Ein speziell entwickeltes Simulations-Framework ermöglicht weitreichende Testreihen in komplexen Netzwerktopologien. Mit der Entwicklung einer prototypischen Hardware-Plattform können parallel dazu detaillierte Messungen unter Realbedingungen durchgeführt werden. Die Schwerpunkte dieser Arbeit umfassen somit Konzeption, Simulation und praktische Umsetzung eines neuen Kommunikationsansatzes im Bereich mobiler Ad Hoc Netzwerke. Ich freue mich daher, Herrn Vodel für die Veröffentlichung der Ergebnisse seiner Arbeiten in dieser wissenschaftlichen Schriftenreihe gewonnen zu haben, und wünsche allen Lesern einen interessanten Einblick in dieses Themengebiet

Interaktives Gebäudeleit- und Infotainmentsystem - RFID geht neue "Wege"

Die Professur Technische Informatik der TU Chemnitz erforscht neuartige, innovative Anwendungsgebiete auf Basis der RFID Technologie. Durch die Installation von RFID-Toren an gebäudespezifischen Schlüsselpositionen und die Verwendung handelsüblicher RFID-Tags gelingt nicht nur eine Objektidentifikation sondern auch eine kostengünstige Lokalisierung auf Basis spezieller Algorithmen. In Kombination mit berührungsempfindlichen Displays konnte ein intelligentes und interaktives Gebäudeleitsystem umgesetzt werden. Durch eine zentrale Managementeinheit ist es nun möglich, zielgerichtet einzelne Displays anzusteuern und somit Richtungsangaben für den gewählten Bestimmungsort zu visualisieren. Zusatzinformationen sowie personalisierte Hinweise stehen bei Bedarf ebenfalls zur Verfügung. Mit Hilfe der Displays kann mit dem System interagiert werden. Änderungen des Bestimmungsortes durch den Nutzer sind somit jederzeit möglich. Zusätzlichen Komfort genießen Nutzer mit einem PDA oder Smartphone. Mobile Endgeräte können auf Basis einer entsprechenden Software auch ohne dedizierte Lokalisierungs-Hardware in den gewünschten Gebäudeabschnitt geleitet werden

Energieeffiziente Kommunikation in verteilten, eingebetteten Systemen

Verteilte, Eingebettete Systeme beeinflussen unser tägliches Leben in unzähligen Bereichen. Getrieben durch technologische Weiterentwicklungen und neue Nutzungsprofile nimmt der Vernetzungsgrad elektronischer Geräte rapide zu. Neben einem ausgeprägten Netzwerkcharakter sind aktuelle und zukünftige Anwendungsszenarien wesentlich durch einen hohen Mobilitätsgrad geprägt. Daraus ergeben sich zunehmend Problemstellungen bzgl. geeigneter Kommunikationskonzepte und der hierfür benötigten Energieressourcen. Dieses Buch befasst sich mit Technologien, Konzepten und Protokollen zur energieeffizienten Kommunikation in verteilten, ressourcenbeschränkten Systemen. Es definiert grundlegende Begrifflichkeiten und vermittelt einen umfassenden Einblick in die verschiedenen Forschungsschwerpunkte. Relevante, technologische Entwicklungen der beiden letzten Dekaden werden vorgestellt, thematisch eingeordnet und kritisch analysiert. Anschließend erfolgt die funktional getrennte Betrachtung von Kommunikationsprozessen auf Netzwerk-, Daten- sowie Energiemanagementebene. Darauf aufbauend widmet sich das Buch der Systemintegration und damit einhergehend dem komplexen Systemkonfigurationsprozess. Unter Berücksichtigung applikationsspezifischer Rahmenbedingungen sowie funktionaler Anforderungen werden gezielt geeignete Optimierungsstrategien ausgewählt und in einer ganzheitlich angepassten Systemarchitektur kombiniert. Erst durch das präzise Zusammenspiel von Kommunikationsparadigma, Kommunikationstechnologien und Kommunikationsprotokollen entsteht ein optimiertes Gesamtsystem, welches die zur Verfügung stehenden Ressourcen effizient nutzt. Zur Bewertung kommt ein neu entwickeltes, erweitertes Quantifizierungsmodell zum Einsatz, welches die kommunikativen Aspekte verteilter Applikationsszenarien vollständig einbezieht. Im Rahmen umfangreicher Fallstudien werden ausgewählte Optimierungsverfahren simulativ sowie auf Basis unterschiedlicher Hardwareplattformen evaluiert. Aus den Ergebnissen resultieren qualitative und quantitative Rückschlüsse auf das mögliche Optimierungspotential unter realen Einsatzbedingungen. Die gewonnenen Erkenntnisse dienen als wichtige Richtgrößen für zukünftige Entwicklungen im Bereich eingebetteter, ressourcenbeschränkter Kommunikationssysteme.Embedded systems are used in almost every domain of our daily lives. Actual research and development activities focus on wireless connected and mobile system architectures. The resulting network topologies represent embedded, distributed systems, which are able to process complex tasks in a collaborative way. Most of the respective hardware platforms are energy self-sufficient with strongly limited resources for data processing, data storage and communication. With focus on the energy resources, communication tasks have a huge impact on the systems power consumption. In order to optimise the energy efficiency of these communication tasks, one key challenge for engineers is the application-specific integration of adapted communication concepts, radio technologies, and protocol stacks into an all-embracing communication architecture. This book critically discusses energy efficiency in distributed, embedded systems with focus on the communication aspects. The first part introduces basic definitions as well as a novel estimation model for quantifying energy efficiency on both local (system) and global (network) layer. In the second part, this book proposes several optimisation approaches for energy-efficient, resource-limited communication systems. This include hardware approaches as well as software approaches to optimise the runtime environment and the data processing tasks. Each approach operates on different abstraction layers within the system architecture. The last part of the book deals with the evaluation of specific optimisation strategies under real-world conditions. The test cases includes simulation scenarios as well as hardware test benches within a heterogeneous network environment. The respective results and analyses represent important guidelines for future developments in field of distributed, embedded communication platforms

Chainlock - Blockchain-gestützte, smarte Schließanlagen

Controlling access authorizations for laboratories, buildings or sites is essential for many companies and facilities, but with increasing size it also involves considerable effort and greater costs. Checking and updating authorizations also requires extensive logistics and confidence in the correct operation of central management facilities. The combination of electronic locking system with decentralized blockchain technology presented here makes it possible to both simplify and decentralize authorization management and avoid singular points of failure. At the same time, offline capability of the locks can also be realized without major effort.Die Kontrolle von Zutrittsberechtigungen für Labore, Gebäude oder Standorte ist für viele Firmen und Einrichtungen von essenzieller Bedeutung, mit zunehmender Größe aber auch mit erheblichem Aufwand und größeren Kosten verbunden. Die Überprüfung und Aktualisierung der Berechtigungen erfordert außerdem eine umfangreiche Logistik und Vertrauen in die korrekte Arbeitsweise der zentralen Verwaltungseinrichtungen. Durch die hier vorgestellte Kombination von elektronischem Schließsystem mit dezentraler Blockchaintechnologie ist sowohl eine Vereinfachung und Dezentralisierung der Berechtigungsverwaltung als auch die Vermeidung singuläre Fehlerstellen möglich. Gleichzeitig kann ohne größere Aufwende auch eine Offlinefähigkeit der Schlösser realisiert werden

Generische Datenerfassung und Aufbereitung im Kontext verteilter, heterogener Sensor-Aktor-Systeme

Die vorgestellte Arbeit präsentiert ein geschlossenes Konzept für die synchronisierte Erfassung, Verarbeitung und Aufbereitung beliebiger Sensor-Informationen. Es ist nun möglich, heterogene Sensornetze sowie dedizierte, autarke Messsysteme zeitlich zu koordinieren und entsprechend in Relation zu setzen. Auf Basis von XML erfolgt die ganzheitliche Beschreibung des Monitoring-Szenarios und die Einordnung der einzelnen Datensätze. Die Informationen können nun in beliebigen Ausgabeformaten anwendungsspezifisch definiert und visualisiert werden. Zusätzlich ermöglichen Mechanismen zur gezielten Messwert-Vorverarbeitung und -Filterung eine Senkung des benötigten Datenvolumens. Die Funktionalität des vorgestellten GREASE-Frameworks wird am Beispiel eines geschlossenen Test-Systems aus dem Automotive-Bereich evaluiert. Dabei wird die vorhandene Sensorik eines Kfz-Bordnetzes mit einem zusätzlichen Netzwerk aus Sensorknoten verfeinert. Die korrelierten Daten werden anschließend für die Visualisierung mittels Google Earth, jBEAM und anderen Lösungen aufbereitet