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Forschungsthemen

Energieeffiziente Vermittlungsprotokolle in drahtlosen Sensornetzen

Moderne Halbleitertechnologien ermöglichen die Realisierung kleiner batteriebetriebener Sensorsysteme, die mit einem eigenen Mikroprozessor und einem drahtlosen Kommunikationsmodul ausgestattet sind. Zu einem Sensornetz verbunden erlauben sie eine kostengünstige und detaillierte Fernüberwachung in vielen Bereichen, z.B. im Brückenbau oder beim Umweltmonitoring. Für die Lebensdauer eines solchen Sensornetzes spielt der Energieverbrauch bei der Kommunikation eine entscheidende Rolle, der vor allem durch die verwendeten Medienzugangs- und Routing-Protokolle bestimmt wird.
Um den Einfluß unterschiedlicher Protokollkonzepte auf den Energieverbrauch einfach und exakt untersuchen zu können, wird zum einen ein Framework erstellt, das die modulare Konstruktion von Sensornetz-Protokollen unterstützt. Zum anderen werden exakte Simulationsmodelle für Sensornetze erstellt, die alle auftretenden Effekte, z.B. Umschaltzeiten der Transceiver und Kollisionen beim Senden von Nachrichten genau berücksichtigen.
Anhand dieses Simulationsframeworks werden existierende Protkolle bewertet, verglichen und optimiert, sowie neue Protokollvarianten entwickelt. Neben der Möglichkeit zur Schaffung einer kontrollierten Versuchsumgebung hat die Simulation dabei den entscheidenden Vorteil, daß auch Einflußgrößen bewertet werden können, die in realen Versuchsaufbauten nicht beobachtbar sind. Dazu zählen Kollisionen, die den Energieverbrauch erheblich beeinflussen, aber auch Verluste, die durch die zwangsläufig verteilte Implementierung von Routingalgorihmen entstehen. Das Framework erlaubt damit, für spezifische Anwendungsfälle die am besten geeigneten Protokollvarianten zu bestimmen, um die Lebensdauer und damit die Wirtschaftlichkeit drahtloser Sensornetze zu optmierien.

Verteilte Online-Tests

In Kooperation mit dem Fachbereich 5 ("Wirtschaftswissenschaft und Didaktik der Wirtschaftslehre", Prof. Schlösser) entwickelt der Lehrstuhl ein System zur Durchführung von Web-gestützten Online-Klausuren, -Evaluationen und -Tests. Die Herausforderungen auf Seiten der Informatik sind dabei die Unterstützung unterschiedlichster Sicherheitsanforderungen (Vertraulichkeit, Verbindlichkeit, etc.), das Erreichen einer hohen Verfügbarkeit und Robustheit des Systems, sowie eine gute Skalierbarkeit. Da das System schnell in unterschiedlichsten Umgebungen einsetzbar sein soll, wird als Client ein Standard-Webbrowser verwendet, so daß keine Software-Installation anfällt.
Ein Prototyp des Systems ist bereits seit WS 03/04 erfolgreich im Einsatz.

Monitoring paralleler und verteilter Anwendungen im Bereich des Hochleistungsrechnens

Ziel dieser Arbeiten ist die Entwicklung eines Systems, das die Online-Beobachtung und Steuerung paralleler Programme in einem verteilten System ermöglicht. Ein solches System ist die Basis für eine Vielzahl von Programmierwerkzeugen, z.B. für Leistungsanalyse, Debugging, Test oder Visualisierung.
Die Herausforderungen sind dabei, eine gute Skalierbarkeit und eine möglichst geringe Rückwirkung auf das untersuchte System zu erreichen. Dazu wird ein Ansatz verfolgt, der auf einer verteilten Auswertung der überwachten Ereignisse basiert. Die Auswertung ist dabei vom Werkzeug frei programmierbar, d.h. einem Ereignis können beliebige Aktionen zugeordnet werden. Ziel der Arbeiten ist, eine sequentielle Spezifikation dieser Auswertung (z.B. in Form stromverarbeitender Funktionen) automatisch in eine verteilte Realisierung umzusetzen. Weitere Schwerpunkte sind die Überwachung von (möglicherweise zur Laufzeit variierenden) Objektmengen sowie die effiziente Kommunikation (Multicast/Reduction).
Im Rahmen früherer Arbeiten an der TU München und im EU-Projekt CrossGrid wurden bereits die Schnittstelle OMIS und das Monitorsystem OCM-G für Anwendungen im Grid-Computing realisiert.

Online-Leistungsanalyse paralleler und verteilter Anwendungen

Auf Basis des OCM-G entstand im EU-Projekt CrossGrid ein Online-Leistungsanalysewerkzeug (G-PM) für parallele Anwendungen im Grid, das als Basis für weitergehende Forschungsarbeiten dient. Die anvisierten Fragestellungen sind:

  • Beurteilung der Meßverfahren und Ausarbeitung einer exakte Semantik der Meßwerte, inkl. Fehlerabschätzung
  • Kombination unterschiedlicher Meßverfahren (Profiling und Tracing)
  • Herstellung eines Bezugs zwischen Meßwerten und Anwendungs-Quellcode
  • Programmierbare, anwendungsorientierte Metriken und deren effiziente, verteilte Implementierung

Grid-Computing

Die Arbeiten zum Monitoring und zur Leistungsanalyse berücksichtigen als eine mögliche Zielplattform das Grid. Der Lehrstuhl befaßt sich daher auch mit Fragen der Grid-Middleware (z.B. Job Submission, Job Monitoring; Globus, LCG, MPICH-G2) und Grid-Anwendungen, die Berührungspunkte zu den genannten Schwerpunkten aufweisen.

Nutzung von Ethernet für Realzeitaufgaben in der Automatisierungstechnik

Von Seiten der Industrie besteht ein großes Interesse, den etablierten Standard "Ethernet" auch im Bereich der Automatisierungstechnik einzusetzen. Wegen der zu erfüllenden Realzeit-Anforderungen müssen dabei Kollisionen vollständig vermieden werden. Dies wird durch einen geeigneten "Kommunikations-Fahrplan" (Schedule) erreicht, an den sich alle Teilnehmer halten müssen.
Viele bisherigen Ansätze (z.B.: Ethernet Powerlink oder EtherCAT) erlauben dabei zu einem Zeitpunkt im gesamten Netz nur eine einzige Kommunikation, sie nutzen also nicht aus, daß bei Vernetzung mit Switches auch mehrere, unabhängige Kommunikationen parallel durchgeführt werden können. Siemens verfolgt bereits mit Profinet einen solchen Ansatz.
Das Ziel der Arbeiten des Lehrstuhls ist es, optimale Schedules zu finden, die bei einer Switch-basierten Vernetzung soweit möglich gleichzeitige Kommunikationen zuläßt, wobei vorgegebene Realzeitbedingungen als eine Art von QoS (Quality of Service) eingehalten werden. Daneben soll auch eine (zentrale oder verteilte) Steuerung realisiert werden, die den ermittelten Schedule während des Betriebs durchsetzt.

Datenschutz in Smartphone-Betriebssystemen

Moderne Smartphones sind werden nicht mehr nur zum Telefonieren verwendet, sondern werden zunehmend zum Alleskönner, mit Organizer, Mails, Bildern, Videos und vielem mehr. Dabei ist es wichtig, dass die Daten, die der Nutzer auf seinem Smartphone speichert geschützt werden, da zum Beispiel die Apps, die der Nutzer installiert, auf genau diese Daten zugreifen können. Am Lehrstuhl wird derzeit APEFS, ein System entwickelt mit welchem es einem normalen Smartphone-Nutzer möglich ist, bei seiner Suche nach Apps Filter zu verwenden, welche einschränken, auf welche Dienste eine App zugreifen darf bzw. nicht darf.

Desweiteren wird mit AppTistic ein System entwickelt, mit welchem die Apps aus den unterschiedlichen Markets (bisher Google Play und Windows Phone Marketplace) analysiert werden können. Dazu werden die Informationen der Webseiten ausgelesen und auf einem Server hier im Institut gespeichert. Mit den verschiedenen Frontends können die Informationen dann ausgelesen werden.