TY - THES A1 - Legde, Katharina T1 - Projecting motion capture : designing and implementing a modular and flexible facial animation pipeline to evaluate different perceptual effects T1 - Projektion von Motion Capture : Design und Implemntierung einer modularen und flexiblen Gesichtsanimationspipeline zur Evaluation unterschiedlicher Wahrnehmungseffekte N2 - We can not not communicate, humans use body language and facial expressions to communicate verbally and non-verbally with others. Humans are experts at deciphering and understanding facial expressions. Thus, synthesizing them on a virtual face becomes a very challenging task. Realistic facial animations have various applications like movies, games or affective interfaces. Often motion capture recordings of real humans are used to provide the virtual face with realistic motion. Animation controls need to be established to transfer the captured motion onto the virtual face. To mimic the full essence of the captured motion, these animation controls need to be carefully planned beforehand which is accompanied with high effort in terms of spent time and money. The presented thesis would like to offer an alternative approach to the common performance-driven facial animation techniques. Instead of using motion capture to drive a pre-defined blend-shape rig, this thesis projects motion capture directly onto a facial mesh. Throughout the proposed pipeline, different methods for retargeting, rigging and skinning are evaluated. Special attention is given to the fact that the origin of motion capture and the appearance of the virtual face does not need to be identical. A constraint for this approach to work is clean motion capture data. For that, this thesis offers an automatic way to clean facial motion trajectories and establishes stable and coherent motion curves. To not just give insights about the capability of the proposed pipeline but also to provide valuable results in the field of perception of virtual avatars, perceptual experiments are conducted. These experiments reveal the functionality of the pipeline and show that it is possible to re-use motion capture on different virtual faces. Additionally, the proposed pipeline is used as a tool to investigate into the perception of non-verbal communication for virtual avatars. N2 - Man kann nicht nicht kommunizieren, Menschen nutzen Körpersprache und Gesichtsausdrücke, um untereinander zu kommunizieren. Dabei werden nicht nur verbal Informationen ausgetauscht, sondern auch nonverbal. Da wir im Alltag ständig mit den verschiedensten Gesichtsausdrücken konfrontiert werden, haben wir notwendigerweise, im Laufe der Evolution, gelernt, diese zu deuten und zu verstehen, um uns optimal verständigen zu können. Aus diesem Grund muss Gesichtsausdrücken eine gesonderte Beachtung zukommen, wenn sie synthetisch hergestellt werden sollen. Realistische Gesichtsanimationen spielen in der Unterhaltungsindustrie und im Forschungsfeld von virtuellen Agenten eine große Rolle. Um realistische Gesichtsausdrücke auf virtuellen Gesichtern zu erzeugen, wird die Technik des Motion Capturings genutzt - dabei werden Bewegungskurven von echten Menschen dreidimensional aufgezeichnet. Die Bewegungen werden dann mit Hilfe von Kontrolleinheiten auf ein virtuelles Gesicht übertragen. Diese Kontrolleinheiten müssen ausgiebig im Voraus geplant werden, um die aufgezeichneten Bewegungen möglichst echt and präzise nachahmen zu können. Dies kostet oft sehr viel Zeit und Geld. Diese Doktorarbeit möchte eine effizientere Alternative anbieten, indem sie das Motion Capture direkt auf das virtuelle Gesicht projiziert. Das Besondere dieser Methode liegt in der Tatsache, dass der Ursprung des Motion Captures und des virtuellen Gesichts nicht identisch sein müssen. Weiterhin untersucht die Arbeit, welche Methode sich am Besten eignet, um die Motion Capture Marker an das virtuelle Gesicht zu binden. Damit die vorgeschlagene Methode korrekt funktioniert, muss das Motion Capture fehlerfrei sein und auch konsistent benannt werden. Im Zuge dessen bietet diese Arbeit eine Post-Processing Methode speziell für Gesichts-Motion-Capture-Daten an. Um nicht nur die Fähigkeit der vorgestellten Pipeline zu testen, sondern auch Einblicke in die menschliche Wahrnehmung von virtuellen Agenten zu bekommen, werden wahrnehmungspsychologische Experimente durchgeführt. Es hat sich herausgestellt, dass die erbrachte Animationspipeline in den Experimenten vielversprechende Ergebnisse geliefert hat und die Möglichkeit der Wiederverwendbarkeit des Motion Captures bewiesen wurde. Weiterhin kann bestätigt werden, dass die erbrachte Pipeline ein umfangreiches Tool für weitere Forschung in diesem Bereich bietet. KW - Facial animation KW - Motion capture KW - Retargeting KW - Skinning KW - Perception KW - Gesichtsanimation KW - Motion Capture KW - Retargeting KW - Skinning KW - Wahrnehmung KW - Gesichtserkennung KW - Mimik KW - Merkmalsextraktion KW - Motion Capturing Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-56043 ER - TY - JOUR T1 - Amtliches Mitteilungsblatt der BTU Cottbus–Senftenberg, 2022,5 (30.03.2022) N2 - Habilitationsordnung der Fakultät für Gesundheitswissenschaften in Gründung, gemeinsame Fakultät der Universität Potsdam, der Medizinischen Hochschule Brandenburg Theodor Fontane und der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg vom 29. März 2022 T3 - Amtliches Mitteilungsblatt der BTU Cottbus–Senftenberg - 2022, H. 5 Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-58699 ER - TY - JOUR T1 - Amtliches Mitteilungsblatt der BTU Cottbus–Senftenberg, 2022,7 (22.06.2022) N2 - Erste Änderungssatzung zur Promotionsordnung der Fakultät 1 – MINT- Mathematik, Informatik, Physik, Elektro- und Informationstechnik vom 15. Juni 2022 (ergänzt AMbl 02/2018) T3 - Amtliches Mitteilungsblatt der BTU Cottbus–Senftenberg - 2022, H. 7 Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-59469 ER - TY - THES A1 - Lehrack, Sebastian T1 - Efficient and flexible lineage construction for probabilistic databases T1 - Effiziente und flexible Konstruktion von Abstammungsformeln für probabilistische Datenbanken N2 - In contrast to traditional data applications, many real-world scenarios nowadays depend on managing and querying huge volumes of uncertain and incomplete data. This new type of applications emerge, for example, when we integrate data from various sources, analyse social/biological/chemical networks or conduct privacy-preserving data mining. A very promising concept addressing this new kind of probabilistic data applications has been proposed in the form of probabilistic databases. Here, a tuple only belongs to its table or query answer with a specific likelihood. That probability expresses the uncertainty about the given data or the confidence in the answer. The most challenging task for probabilistic databases is query evaluation. In fact, there are even simple relational queries for which determining the occurrence probability of a single answer tuple is hard for #P. Lineage formulas constitute the central concept under investigation in this work. In short, the mechanism behind lineage formulas facilitates the representation and evaluation of events of the probability space, which is defined by a probabilistic database. On the basis of lineage formulas, we devise a framework that is designed as a combination of a relational database layer and an additional probabilistic query engine. In particular, the following three aspects are studied: (i) an efficient construction of lineage formulas, (ii) an orthogonal combination of lineage optimization techniques, which are performed within the relational database layer and the probabilistic query engine, and (iii) effective and compact data structures to represent lineage formulas within a probabilistic query engine. The developed framework provides a novel lineage construction method that is able to construct nested lineage formulas, to avoid large tuple sets within the relational database layer tuples, and to provide full relational algebra support. In addition, the proposed system completely resolves the conflict between the contradicting query plans optimized for the relational database layer and the probabilistic query engine. N2 - Probabilistische Datenbanken standen in den letzten Jahren im Fokus intensiver Forschungsaktivitäten. Dies wurde durch eine Vielzahl von Anwendungsszenarien motiviert, in denen eine effiziente Verwaltung von großen, unsicheren Datenbeständen unabdingbar ist. Typische Anwendungsgebiete lassen sich leicht in den Bereichen der Datenextraktion und -integration, der wissenschaftlichen Datenauswertung und der Analyse von sensorischen und sozialen Netzwerken finden. In einer probabilistischen Datenbank wird jedes Datentupel mit einer Eintrittswahrscheinlichkeit annotiert. Diese verdeutlicht, mit welcher Wahrscheinlichkeit das jeweilige Tupel zu einer bestimmten Datentabelle bzw. zu einem berechneten Anfrageergebnis gehört. Für probabilistische Datenbanken ist die Berechnung der Eintrittswahrscheinlichkeit für ein Ergebnistupel die größte Herausforderung, da dieses Problem in der Komplexitätsklasse #P liegt. Diese Klasse beinhaltet alle Probleme, die mindestens so schwer sind wie das Zählen aller erfüllenden Modelle einer aussagenlogischen Formel. Es gilt NP ⊆ #P. Traditionell werden Auswertungsverfahren für probabilistische Datenbanken in intensionale und extensionale Ansätze unterteilt. Intensionale Ansätze greifen auf die Konstruktion und Auswertung von Abstammungsformeln zurück. Auf der Basis von Abstammungsformeln, die das zentrale Untersuchungsobjekt dieser Arbeit darstellen, können Ereignisse des Wahrscheinlichkeitsraumes einer probabilistischen Datenbank repräsentiert werden. In der vorliegenden Dissertation wird ein System entworfen, welches als Kombination einer relationalen Datenbank-Schicht und einer zusätzlichen probabilistischen Auswertungskomponente konzipiert ist. Hierbei werden folgende drei Hauptaspekte untersucht: (i) die effiziente Konstruktion von Abstammungsformeln, (ii) die orthogonale Kombination von Optimierungstechniken und (iii) die Entwicklung von effektiven und kompakten Datenstrukturen für die Kodierung von Abstammungsformeln für die probabilistische Auswertungskomponente. Die entwickelten Techniken ermöglichen die schnelle Generierung von geschachtelten Abstammungsformeln, die Vermeidung von großen Tupel-Mengen innerhalb der relationen Datenbank-Schicht und die Unterstützung aller relationalen Anfrage-Operatoren. KW - Probabilistic database KW - Lineage formula KW - Query evaluation KW - Uncertainty KW - Query optimization KW - Probabilistische Datenbank KW - Abstammungsformel KW - Anfrageauswertung KW - Unsicherheit KW - Anfrageoptimierung KW - Probabilistisches Datenbanksystem KW - Unsicherheit Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-40460 ER - TY - JOUR T1 - Amtliches Mitteilungsblatt der BTU Cottbus - Senftenberg, 2017,7 (23.02.2017) N2 - Berichtung der fachspezifischen Prüfungs- und Studienordnung für den Bachelor-Studiengang Stadt- und Regionalplanung vom 27. September 2016 Fachspezifische Prüfungs- und Studienordnung für den Bachelor-Studiengang Stadt- und Regionalplanung vom 27. September 2016 (Lesefassung nach Berichtigung) (s. AMbl 12/2019) T3 - Amtliches Mitteilungsblatt der BTU Cottbus–Senftenberg - 2017, H. 7 Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-41395 ER - TY - JOUR T1 - Amtliches Mitteilungsblatt der BTU Cottbus - Senftenberg, 2017,8 (23.02.2017) N2 - Satzung zur Anerkennung wissenschaftlicher Einrichtungen außerhalb der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus - Senftenberg (BTU) als An-Institute (Satzung An-Institute) vom 15. Dezember 2016 T3 - Amtliches Mitteilungsblatt der BTU Cottbus–Senftenberg - 2017, H. 8 Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-41401 ER - TY - JOUR T1 - Amtliches Mitteilungsblatt der BTU Cottbus - Senftenberg, 2017,11 (19.05.2017) N2 - Erste Änderungssatzung der Wahlordnung der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus - Senftenberg (WahlO BTU) vom 17. November 2016 Wahlordnung der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus - Senftenberg vom 08. Januar 2016 (AMbl. 02/2016 vom 08. Januar 2016), geändert durch die 1. Änderungssatzung vom 17. November 2016 (AMbl.11/2017 vom 19. Mai 2017) WahlO BTU – Neufassung WahlO BTU – T3 - Amtliches Mitteilungsblatt der BTU Cottbus–Senftenberg - 2017, H. 11 Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-41994 ER - TY - JOUR T1 - Amtliches Mitteilungsblatt der BTU Cottbus - Senftenberg, 2017,10 (19.05.2017) N2 - Satzung über die Durchführung des Auswahlverfahrens im Bachelor-Studiengang Soziale Arbeit (AuswahlSa BA Soziale Arbeit) vom 18. Mai 2017 Satzung über die Durchführung des Auswahlverfahrens im Master-Studiengang Soziale Arbeit (AuswahlSa MA Soziale Arbeit) vom 18. Mai 2017 s. Ergänzung dazu AMbl. 01/2017 T3 - Amtliches Mitteilungsblatt der BTU Cottbus–Senftenberg - 2017, H. 10 Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-41988 ER - TY - JOUR T1 - Amtliches Mitteilungsblatt der BTU Cottbus - Senftenberg, 2017,9 (10.04.2017) N2 - Zweite Änderungssatzung zu Teil B des Bachelor-Studienganges Biotechnologie vom 28. August 2014 Ersetzt Artikel 13 der Prüfungs- und Studienordnung des Bachelor-Studienganges Biotechnologie an der BTU vom 04. Juni 2011 (Mitteilungsblatt Nr. 219) T3 - Amtliches Mitteilungsblatt der BTU Cottbus–Senftenberg - 2017, H. 9 Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-41700 ER - TY - JOUR T1 - Amtliches Mitteilungsblatt der BTU Cottbus - Senftenberg, 2017,13 (30.06.2017) N2 - Leitfaden zur Anwendung einer geschlechtersensiblen Sprache an der BTU Cottbus - Senftenberg T3 - Amtliches Mitteilungsblatt der BTU Cottbus–Senftenberg - 2017, H. 13 Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-42403 ER - TY - JOUR T1 - Amtliches Mitteilungsblatt der BTU Cottbus - Senftenberg, 2017,6 (15.02.2017) N2 - Satzung zur Evaluation von Lehre und Studium im Rahmen des Qualitätsmanagements an der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus - Senftenberg vom 14. Februar 2017 (Ersetzt "Satzung über die Lehrevaluation an der Fachhochschule Lausitz" der ehemaligen Hochschule Lausitz vom 06. Juni 2005) (Ersetzt durch AMbl. 13/2020) T3 - Amtliches Mitteilungsblatt der BTU Cottbus–Senftenberg - 2017, H. 6 Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-41262 ER - TY - JOUR T1 - Amtliches Mitteilungsblatt der BTU Cottbus - Senftenberg, 2017,12 (21.06.2017) N2 - Erste Änderungssatzung der Grundordnung für die Brandenburgische Technische Universität Cottbus - Senftenberg (GO BTU) vom 17. November 2016 Grundordnung für die Brandenburgische Technische Universität Cottbus - Senftenberg (GO BTU) vom 08. Januar 2016 (AMbl. 01/2016 vom 08. Januar 2016), geändert durch die 1. Änderungssatzung vom 17. November 2016 (AMbl. 12/2017 vom 21. Juni 2017) (GO BTU) – Neufassung GO BTU – (s. dazu 2. ÄS GO BTU AMbl 24/2022) T3 - Amtliches Mitteilungsblatt der BTU Cottbus–Senftenberg - 2017, H. 12 Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-42338 ER - TY - THES A1 - Chodak, Jacek T1 - Spike - a tool for reproducible simulation experiments T1 - Spike - ein Werkzeug für reproduzierbare Simulationsexperimente N2 - Reproducibility of simulation experiments is still a significant challenge and has attracted considerable attention in recent years. One cause of this situation is bad habits of the scientific community. Many results are published without data or source code, and only a textual description of the simulation set-up is provided. Other causes are: no complete simulation set-up, no proper output data analysis and inconsistency of published data, which makes it impossible to compare results. The progress of computational modelling, amount of data and complexity of models requires designing experiments in such a way that ensures reproducibility. A textual description does not provide all the needed details. A computer code is more reliable than a textual description. It is the precise specification that describes a simulation configuration, model, etc. When computer code, data, models and all parameters are provided, the simulation results become reproducible. The main goal of this thesis is to develop a tool that ensures reproducibility and efficient execution of simulation experiments, often involving many individual simulation runs. The tool should support a wide range of application scenarios, where the typical scenario is simulation of biochemical reaction networks, which are represented as (coloured) Petri nets interpreted in the stochastic, continuous or hybrid paradigm. The model to be simulated can be given in various formats, including SBML. The result is a command line tool called Spike, which can be used for various scenarios, including benchmarking, simulation of adaptive models and parameter optimization. It builds on a human-readable configuration script SPC, supporting the efficient specification of multiple model configurations as well as multiple simulator configurations in a single configuration file. N2 - Die Reproduzierbarkeit von Simulationsexperimenten ist nach wie vor eine große Herausforderung und hat in den letzten Jahren viel Aufmerksamkeit bekommen. Eine Ursache für diese Situation sind schlechte Gewohnheiten der wissenschaftlichen Gemeinschaft. Aus irgendwelchen Gründen werden viele Ergebnisse ohne Daten und Quellcode veröffentlicht und es wird nur eine textliche Beschreibung des Simulationsaufbaus gegeben. Andere Ursachen sind: kein ordnungsgemäßer Simulationsaufbau, keine ordnungsgemäße Analyse der Ausgabedaten und Inkonsistenz der veröffentlichten Daten (was einen Vergleich der Ergebnisse unmöglich macht). Der Fortschritt der computergestützten Modellierung, die Datenmenge und die Komplexität der Modelle erfordern es, Experimente so zu gestalten, dass die Reproduzierbarkeit gewährleistet ist. Eine textliche Beschreibung liefert nicht alle Details. Ein Computercode ist zuverlässiger als eine Textbeschreibung. Es bedarf einer genauen Spezifikation einer Simulationskonfiguration, eines Modells usw. Durch die Bereitstellung von Computercode, Daten, Modellen und allen Parametern werden die Ergebnisse einer Simulation reproduzierbar. Das Hauptziel dieser Arbeit ist es, ein Werkzeug zu entwickeln, das die Reproduzierbarkeit und effiziente Durchführung von Simulationsexperimenten, die oft viele einzelne Simulationsläufe umfassen, gewährleistet. Das Werkzeug soll vielfältige Anwendungsszenarien unterstützen, wobei das typische Szenario die Simulation biochemischer Reaktionsnetzwerke ist, die als (farbige) Petri Netze dargestellt werden, die im stochastischen, kontinuierlichen oder hybriden Paradigma interpretiert werden. Das zu simulierende Modell kann in verschiedenen Formaten, einschließlich SBML, vorliegen. Das Ergebnis ist ein Kommandozeilenwerkzeug namens Spike, das in verschiedenen Anwendungsfällen eingesetzt werden kann, darunter Benchmarking, Simulation adaptiver Modelle und Parameteroptimierung. Es basiert auf einem für Menschen lesbaren Konfigurationsskript SPC und unterstützt die effiziente Spezifikation mehrerer Modellkonfigurationen sowie mehrerer Simulator-Konfigurationen in einer einzigen Konfigurationsdatei. KW - Petri nets KW - Parallel simulation KW - Parameter scanning KW - Reproducibility KW - Simulation of adaptive models KW - Petri Netze KW - Parallelsimulation KW - Parameterscannen KW - Reproduzierbarkeit KW - Simulation von adaptiven Modellen KW - Gefärbtes Petri-Netz KW - Simulation KW - Reproduzierbarkeit Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-58509 ER - TY - CHAP A1 - Javed, Abdul Rehman A1 - Scheytt, J. Christoph A1 - Bamidi, Eswara Rao A1 - Kallfass, Ingmar A1 - Krishnegowda, Karthik A1 - Kraemer, Rolf T1 - Real100G.COM T1 - Real100G.COM T2 - Wireless 100 Gbps and beyond : architectures, approaches and findings of German Research Foundation (DFG) Priority Programme SPP1655 N2 - In 2012 a group of researchers proposed a basic research initiative to the German Research Foundation (DFG) as a special priority project (SPP) with the name: Wireless 100 Gbps and beyond. The main goal of this initiative was the investigation of architectures, technologies and methods to go well beyond the state of the art. The target of 100 Gbps was set far away from the (at that time) achievable 1 Gbps such that it was not possible to achieve promising results just by tuning some parameters. We wanted to find breakthrough solutions. When we started the work on the proposal we discussed the challenges to be addressed in order to advancing the wireless communication speed significantly. Having the fundamental Shannon boundary in mind we discussed how to achieve the 100 Gbps speed. N2 - Angesichts der rapiden Entwicklung der Funkkommunikation hat die Deutsche Forschungsgemeinschaft im Jahr 2012 ein Schwerpunktprogramm mit dem Titel "Wireless 100 Gbps and beyound" (dt.: Drahtloskommunikation mit 100 Gbps und mehr) gestartet. Diese Initiative zielte auf neue Lösungen, Methoden und neues Wissen zur Lösung des Problems des kontinuierlichen Bedarfs an immer höheren Datenraten im Bereich der Funkkommunikation. Eine international besetze Jury hat etliche Projektvorschläge evaluiert, aus denen 11 Projekte ausgewählt und über zweimal 3 Jahre von Mitte 2013 bis Mitte 2019 gefördert wurden. Das vorliegende Buch versammelt die Ansätze, Architekturen und Erkenntnisse der Projekte. Es überspannt einen breiten Themenbereich, angefangen mit speziellen Fragen der physikalischen Übertragung, des Antennendesigns und der HF-Eingangs-Architekturen für unterschiedliche Frequenzbereiche bis 240 GHz. Darüber hinaus beschreibt das Buch Ansätze für Ultra-Hochgeschwindigkeits-Funksysteme, deren Basisbandverarbeitung, Kodierung sowie mögliche Umsetzungen. Nicht zuletzt wurden auch Fragen des Protokolldesigns behandelt, um eine enge Integration in moderne Computersysteme zu erleichtern. KW - 100 Gbps KW - Wireless KW - Drahtlos KW - Real100G.COM KW - PSSS KW - Drahtloses Sensorsystem KW - Hochfrequenztechnik KW - Antenne KW - Terahertzbereich KW - Energieffizienz Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.26127/BTUOpen-5914 SP - 231 EP - 293 ER - TY - THES A1 - Segabinazzi Ferreira, Raphael T1 - Run-time redundancy management of processor functional units for mixed-critical scenarios T1 - Laufzeit-Redundanzmanagement von Prozessor-Funktionseinheiten für gemischtkritische Szenarien N2 - Since electronics started to scale down, a growing concern about the reliability of these electronic devices has emerged. At the same time, the increased demand for high performance within the safety- and mixed-critical domains, such as the aerospace and automotive industry, motivated a shift from previous consolidated and mature technology to the new cutting edge devices with smaller feature sizes. Therefore, there is a need to improve the fault tolerance of these high-end devices so that minimum failure rates can be obeyed. Although redundancy has been a great solution for these problems, their drawbacks such as power and area overheads must be watched carefully, so that per-unit price does not extrapolate affordable limits, and the redundancy does not add more sources of error than it improves the fault tolerance. This thesis proposes an approach for run-time management of redundancy among the processor internal Functional Units (FUs) within mixed-critical scenarios, tackling the compensation of the trade-offs between fault-tolerance, power consumption, hardware usage (ageing), and hardware area (cost). With these objectives in mind, this thesis presents a concept for a dynamic processor architecture capable to enable and disable redundancy of FUs on-demand, and a software mechanism for criticality-aware management of these units for mixed-critical processes within an Operating System (OS). For this purpose, a processor design was extended with a few additional instructions that enabled different replication schemes in the processor at run-time. Furthermore, a compatible Real-Time Operating System (RTOS) is also extended to enable the desired criticality-aware management of units. Evaluating the implemented test platform when the extended processor was running bare-metal code, the latency to shift between different replication schemes was of only one instructions cycle. Furthermore, when the processor was running the adapted RTOS, the run-time overhead over the latency to switch between processes remained below 2.5%. Meanwhile, resulting from the processor extensions, the hardware overhead remained smaller than standard full core replication schemes such as core lock-step approaches. Regarding fault tolerance, the expected failure rate of the FUs module decreased by approximately 80% when its FUs were configured with Triple Modular Redundancy (TMR). Furthermore, when considering the whole area of the processor core, its respective failure rate decreased by about 15% when configured these units with the same triplication scheme. Finally, it is also presented that the run-time management of FUs was likewise able to decrease the power consumption and hardware ageing for the proposed mixed-critical scenario. After all, we can say that the concept can increase fault tolerance on-demand of a processor design with moderately low hardware overhead, while it also minimises the power consumption and hardware usage (ageing) for its intended mixed-critical scenario. N2 - Seit die Elektronik immer kleiner wird, ist eine wachsende Besorgnis über die Zuverlässigkeit dieser elektronischen Geräte entstanden. Gleichzeitig motivierte die gestiegene Nachfrage nach hoher Leistung in sicherheits- und gemischt kritischen Bereichen wie der Luft- und Raumfahrt und Automobilindustrie zu einer Umstellung von früher konsolidierter und ausgereifter Technologie auf die neuen Spitzengeräte mit kleineren Strukturgrößen. Daher muss die Fehlertoleranz dieser High-End-Geräte verbessert werden, damit minimale Ausfallraten eingehalten werden können. Obwohl Redundanz eine großartige Lösung für diese Probleme ist, müssen ihre Nachteile wie Energie- und Flächen-Overhead sorgfältig beobachtet werden, damit der Preis pro Einheit nicht erschwingliche Grenzen extrapoliert und die Redundanz nicht mehr Fehlerquellen hinzufügt, als sie verbessert Fehlertoleranz. Vor diesem Hintergrund stellt diese Arbeit ein Konzept für eine dynamische Prozessorarchitektur vor, die in der Lage ist, die Redundanz von Funktionseinheiten (“Functional Units”, FUs) bei Bedarf zu aktivieren und zu deaktivieren, sowie einen Softwaremechanismus zur kritikalitätsbewussten Verwaltung dieser Einheiten für gemischt kritische Prozesse innerhalb eines Betriebssystems (“Operating System”, OS). Dazu wurde ein Prozessordesign um einige zusätzliche Anweisungen erweitert, die zur Laufzeit unterschiedliche Replikationsschemata im Prozessor ermöglichen. Darüber hinaus wird auch ein kompatibles Echtzeit-Betriebssystem (“Real-Time Operating System”, RTOS) erweitert, um die gewünschte kritikalitätsbewusste Verwaltung von Einheiten zu ermöglichen. Die Rekonfiguration des Prozessors erfordert nur einen Befehlszyklus, der gesamte zusätzliche overhead für den Prozesswechsel beträgt weniger als 2,5%. In der Zwischenzeit blieb der Hardware-Overhead aufgrund der Prozessorerweiterungen kleiner als bei standardmäßigen vollständigen Kernreplikationsschemata, wie z. B. Core-Lock-Step-Ansätzen. In Bezug auf die Fehlertoleranz verringerte sich die erwartete Ausfallrate des FU-Moduls um etwa 80%, wenn es mit Dreifacher Modularer Redundanz (“Triple Modular Redundancy”, TMR) konfiguriert wurde. Darüber hinaus verringerte sich bei Betrachtung der gesamten Fläche des Prozessorkerns die jeweilige Ausfallrate um etwa 15%, wenn die Einheiten mit demselben Verdreifachungsschema konfiguriert wurden. Abschließend wird auch dargestellt, dass das Laufzeitmanagement von FUs den Stromverbrauch und die Hardwarealterung für das vorgeschlagene gemischt-kritische Szenario ebenfalls verringern konnte. Schließlich können wir sagen, dass das Konzept die Fehlertoleranz eines Prozessordesigns mit mäßig niedrigem Hardware-Overhead bei Bedarf erhöhen kann, während es auch den Stromverbrauch und die Hardwarenutzung (Alterung) für das beabsichtigte gemischt-kritische Szenario minimiert. KW - Mixed-critical scenario KW - Redundancy KW - Fault-tolerance KW - Run-time KW - Fehlertoleranz KW - Redundanz KW - Funktionseinheit KW - Mikroprozessor KW - Laufzeit KW - Gemischtkritische Szenarien KW - Laufzeit KW - Redundanz Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-58886 ER - TY - THES A1 - Gäbler, Jan T1 - Gruppenkommunikation in mobilen Umgebungen : eine Erweiterung des Gruppenkommunikationsparadigmas um eine Unterstützung für mobile Anwendungsnutzer T1 - Group communication in mobile environments : an extension of the group communication paradigm to support mobile applications users N2 - Mit der zunehmenden mobilen Nutzung des Internets steigt auch die Zahl von Anwendungen in mobilen Umgebungen. Diese sind neben ihren spezifischen Anforderungen oft durch eine enge Kooperation ihrer Nutzer gekennzeichnet. Werden mobile verteilte Entscheidungsprozesse modelliert, welche der Bewertung von Sachverhalten oder der Lösung von Aufgaben dienen, so nennt man diese Klasse von Anwendungen mobile kollaborative Anwendungen. Sie werden in dieser Arbeit eingeführt. Ihre Eigenschaften und Besonderheiten werden diskutiert. Die Teilnehmer solcher Anwendungen kollaborieren innerhalb einer geschlossenen Gruppe und bauen ein gemeinsames Wissen auf. Auf dessen Basis kann die Anwendung lokale Entscheidungen treffen, über die in der Gruppe Konsens besteht. Die instabile Kommunikation in mobilen Umgebungen stellt jedoch an die Sicherung der Konsistenz des gemeinsamen Wissens besondere Anforderungen. Da klassische Verfahren zur Konsistenzsicherung in gruppenorientierten Systemen nicht genutzt werden können, ist die Sicherung der Konsistenz des globalen Wissens in mobilen Umgebungen das Leitthema dieser Arbeit. Es wird ein gruppenorientierter Kommunikationsdienst – Moversight genannt – für mobile kollaborative Anwendungen vorgestellt, welcher ihnen ein konsistentes globales Wissen trotz instabilen Kommunikationsumfeldes bereitstellt. Hinzu kommt, dass neben der Konsistenzsicherung die Diensterbringung in einer ressourcenschonenden Art und Weise bei gleichzeitiger kontinuierlicher Adaption der Gruppe an sich ändernde Bedingungen einschließlich der Wartung ihrer Kommunikationsstrukturen gesichert werden müssen. Der Protokollentwurf für Moversight wird in dieser Arbeit vorgestellt. Für Moversight wurden neuartige Funktionen zur Behandlung der Nutzermobilität entwickelt, welche mit den notwendigen Mechanismen zur Sicherung der Konsistenz des gemeinsamen Wissens interagieren. Ohne Gegenmaßnahmen würden häufige Verbindungsunterbrechungen das gemeinsame Wissen der Gruppe zerstören, wodurch diese logisch partitioniert und letztlich die Kollaboration der Nutzer verhindert wird. Grundlage der Sicherung des gemeinsamen Wissens ist die mobile optimistische virtuelle Synchronität (MOVS), welche das übliche gruppenorientierte Modell der Wissenssicherung um eine Behandlung der Nutzermobilität und variierender Verbindungseigenschaften der Gruppenteilnehmer erweitert. Dadurch können Teilnehmer bei Verbindungsproblemen zeitnah in die Gruppe zurückzukehren und ihr Wissen mit dieser abzugleichen. Das vorgestellte Konzept zur Erkennung und Behandlung von Fehlersituationen mit anschließendem Gruppenwiedereintritt ist deutlich leistungsfähiger als das üblicherweise verwendete Verfahren. Dies wird erreicht durch eine leichtgewichtige Fehlerdetektion unter Nutzung einer neuartigen verteilten Latenzschätzung sowie einer kontinuierlichen Adaption der verwendeten Kommunikationstopologie an die sich permanent ändernden Kommunikationsbedingungen. Die entwickelte Optimierung der clusterbasierten Kommunikationstopologie eignet sich für alle gruppenorientierten clusterbasierten Anwendungsszenarien. Darüber hinaus verfügt Moversight über kollaborative Dienste für das Teilen und Vereinigen von Gruppen, wie sie bisher in keinem gruppenorientierten Kommunikationsdienst zu finden sind. Beide Dienste ermöglichen eine anwendungsgetriebene Neustrukturierung der kollaborativen Gruppe bei gleichzeitiger Sicherung des globalen Wissens. N2 - With the increasing mobile use of the Internet, the number of applications in mobile environments is increased as well. In addition to their specific requirements, these applications often have a close group-oriented collaboration among their users. If mobile distributed decision processes are modeled that serve to assess issues or solve tasks this class of applications is called mobile collaborative applications. We introduce this class in this work and discuss their characteristics and special features. The participants of such applications collaborate within a closed group and build a global knowledge. On this basis, the application can make local decisions that enable consensus within the group. However, the unstable communication in mobile environments puts special demands on securing the consistency of the global knowledge. Since it is not possible to use the traditional methods for consistency assurance in group-oriented systems, securing the consistency of global knowledge in mobile environments is the guiding theme of this work. With Moversight, we introduce a group-oriented communication service for mobile collaborative applications, which assures a consistent global knowledge despite an unstable communications environment. In addition to consistency assurance, the resource-efficient provisioning of services is essential for mobile applications. Moreover, the group must continually adapted to the changing conditions including the maintenance of its communication structures. We developed for Moversight novel mobility features, which interact with the mechanisms to ensure the consistency of the global knowledge. Without countermeasures, frequent disconnections would destroy the group’s global knowledge, logically partitioning it and ultimately preventing users from collaborating. The basis for securing the global knowledge is Mobile Optimistic Virtual Synchrony (MOVS), which extends the usual group-centric consistency assurance model to include user mobility and handling of different connection properties of the group participants. Thus, in case of connection problems participants can quickly return to the group and synchronize their knowledge with this. The presented concept for the detection and treatment of error situations with subsequent group re-entry is much more efficient than commonly used methods. We accomplish this by a lightweight error detection using a novel distributed latency estimation and continuous adaptation of the communication topology to ever-changing communication conditions. The developed optimization of the cluster-based communication topology is suitable for all group-oriented, clusterbased application scenarios. Furthermore, Moversight provides collaborative services for application-driven splitting and merging of groups as they have yet not been found in any group-based communications service. Both services enable application-driven restructuring of the collaborative group while preserving global knowledge. KW - Gruppenkommunikation KW - uBeeMe KW - Virtuelle Synchronität KW - Mobile Nutzer KW - Group communication KW - Moversight KW - Virtual synchrony KW - Mobile user KW - Computer Supported Cooperative Work KW - Synchronisierung KW - Mobilität KW - Gruppenkommunikation Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-48750 ER - TY - THES A1 - Khanian, Maryam T1 - 3D reconstruction using generalized perspective photometric stereo T1 - 3D-Rekonstruktion durch die Verwendung der generalisierten Perspektive Photometric Stereo N2 - Reconstruction of the 3D shape information is a fundamental problem in computer vision. Among different shape recovering technologies, photometric stereo is highlighted for its capability to produce high quality 3D reconstruction. This dissertation generalizes photometric stereo in different aspects towards creating a practical 3D reconstruction. The proposed techniques can be considered as a fundamental support to develop future cameras offering 3D shapes for various applications such as movie and video game industry, medical sciences, virtual reality, automotive driving and etc. The first generalization is developed for addressing specularities in 3D reconstructions and also involving the perspective projection. These attempts lead to remove the limitation of working with diffuse materials and confined projected scenes. We will prove the applicability of our approach using complex scenes like endoscopy images. In the second proposed approach, we will offer a real-time 3D reconstruction of micro-details with a more generalized reflectance model. Moreover, a recurrent optimization network will be provided. These innovations lead to presenting the 3D reconstruction of details which are even invisible to human eyes like micro-prints on the banknote. This information recovery can be used in various areas such as detecting security items on financial documents for fraud detection and also the quality control of any industrial productions including delicate details such as printed circuits. In the third proposed model, we develop a PS reconstruction technique using neural networks for the uncalibrated PS where the light direction is not available. Finally, for the first time, benefiting from deep neural networks and meta heuristic algorithms, we will devise an approach which can deliver high qualified 3D shape from the internet and out-door images, without any pre-necessary knowledge. N2 - Die Rekonstruktion von 3D-Gestaltinformationen ist eine fundamentale Aufgabenstellung im Bereich Computer-Vision. Unter den verschiedenen Techniken ist das sogenannte Photometrische Stereo Verfahren (PS) hervorzuheben, da es im Vergleich zu anderen Ansätzen ein höheres Potenzial für eine hoch genaue 3D-Rekonstruktion besitzt. Diese Arbeit befasst sich mit Verallgemeinerungen klassischer PS-Ansätze, die dieses Potenzial weiter ausschöpfen sollen. Die Entwicklungen können beispielsweise verwendet werden, um in Zukunft die 3D-Information in verschiedensten Bereichen für einen Anwender zu erschließen, wie etwa in der Medizin, der Film- und Videospieleindustrie, beim autonomen Fahren oder für Anwendungen in der virtuellen Realität. Die erste der Neuentwicklungen betrifft die systematische Verwendung von hellen Lichtreflexionen in der Berechnung der 3D-Rekonstruktion sowie die perspektivische Projektion. Hierdurch werden Beschränkungen üblicher Methoden, wie auf die Rekonstruktion diffus reflektierender Materialien und auf relativ weit entfernte Objekte, aufgehoben. Die Anwendbarkeit des entwickelten Ansatzes wird mittels der Rekonstruktion aus endoskopischen Bildern mit vielen hellen Lichtreflexionen untermauert. In einem weiteren Schritt wird gezeigt, wie man in Echtzeit eine 3D-Rekonstruktion auch von sehr feinen Details mittels eines verallgemeinerten Reflexionsmodells erreichen kann. Hierdurch werden hochaufgelöste Rekonstruktionen auch von Details erreicht, die für das menschliche Auge in Bildern unsichtbar sind. Hieraus ergeben sich viele potenzielle Anwendungsmöglichkeiten, etwa im Bereich der automatischen Detektion von Mikrodruck, die im Sicherheitsbereich Verwendung finden, oder in der industriellen Produktion für die Detektion sehr feiner Strukturen wie etwa gedruckter Schaltkreise. Als weiterer Beitrag der Arbeit wird ein Verfahren für das sogenannte nicht-kalibrierte PS entwickelt, bei dem neuronale Netzwerke verwendet werden, um die in diesem Fall fehlende Information der Beleuchtungsrichtung auszugleichen. Schließlich wird zum ersten Mal in der Literatur beschrieben, wie man basierend auf Metaheuristiken und tiefen neuronalen Netzen eine qualitativ hochwertige 3D-Rekonstruktion allein durch Bilder aus dem Internet oder natürliche Bilder ohne weiteres zusätzliches Wissen erlangt. KW - Artificial Intelligence KW - Computer vision KW - 3D Reconstruction KW - Neural networks KW - Photometric stereo KW - Künstliche Intelligenz KW - Computer-Vision KW - 3D-Rekonstruktion KW - Neuronale Netze KW - Photometrisches Stereo KW - Dreidimensionale Rekonstruktion KW - Maschinelles Sehen KW - Neuronales Netz Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-47191 ER - TY - CHAP A1 - Song, Xiaohang A1 - Rave, Wolfgang A1 - Fettweis, Gerhard A1 - Hälsig, Tim A1 - Lankl, Berthold A1 - Cvetkovski, Darko A1 - Grass, Eckhard T1 - MaximumMIMO : millimeter wave line-of-sight spatial multiplexing T1 - MaximumMIMO : Millimeter-Wellen mit direktem (LOS) Raum-Multiplexing T2 - Wireless 100 Gbps and beyond : architectures, approaches and findings of German Research Foundation (DFG) Priority Programme SPP1655 N2 - In 2012 a group of researchers proposed a basic research initiative to the German Research Foundation (DFG) as a special priority project (SPP) with the name: Wireless 100 Gbps and beyond. The main goal of this initiative was the investigation of architectures, technologies and methods to go well beyond the state of the art. The target of 100 Gbps was set far away from the (at that time) achievable 1 Gbps such that it was not possible to achieve promising results just by tuning some parameters. We wanted to find breakthrough solutions. When we started the work on the proposal we discussed the challenges to be addressed in order to advancing the wireless communication speed significantly. Having the fundamental Shannon boundary in mind we discussed how to achieve the 100 Gbps speed. N2 - Angesichts der rapiden Entwicklung der Funkkommunikation hat die Deutsche Forschungsgemeinschaft im Jahr 2012 ein Schwerpunktprogramm mit dem Titel "Wireless 100 Gbps and beyound" (dt.: Drahtloskommunikation mit 100 Gbps und mehr) gestartet. Diese Initiative zielte auf neue Lösungen, Methoden und neues Wissen zur Lösung des Problems des kontinuierlichen Bedarfs an immer höheren Datenraten im Bereich der Funkkommunikation. Eine international besetze Jury hat etliche Projektvorschläge evaluiert, aus denen 11 Projekte ausgewählt und über zweimal 3 Jahre von Mitte 2013 bis Mitte 2019 gefördert wurden. Das vorliegende Buch versammelt die Ansätze, Architekturen und Erkenntnisse der Projekte. Es überspannt einen breiten Themenbereich, angefangen mit speziellen Fragen der physikalischen Übertragung, des Antennendesigns und der HF-Eingangs-Architekturen für unterschiedliche Frequenzbereiche bis 240 GHz. Darüber hinaus beschreibt das Buch Ansätze für Ultra-Hochgeschwindigkeits-Funksysteme, deren Basisbandverarbeitung, Kodierung sowie mögliche Umsetzungen. Nicht zuletzt wurden auch Fragen des Protokolldesigns behandelt, um eine enge Integration in moderne Computersysteme zu erleichtern. KW - Wireless KW - 100 Gbps KW - Drahtlos KW - Millimeter wave KW - Line-of-sight spatial multiplexing KW - MaximumMIMO KW - Millimeter-Welle KW - LOS-Raum-Multiplexing KW - Drahtloses Sensorsystem KW - Hochfrequenztechnik KW - Antenne KW - Terahertzbereich KW - Energieffizienz Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.26127/BTUOpen-5911 SP - 139 EP - 166 ER - TY - THES A1 - Krishnegowda, Karthik T1 - Investigation of PSSS technologies to achieve 100 Gbps and beyond T1 - Untersuchung von PSSS-Technologien zur Erreichung von 100 Gbps und darüber hinaus N2 - The requirement for wireless communication with a speed beyond 100 Gbps is growing. There are mainly two possible approaches to achieve 100 Gbps system. One approach is to target lower transmission bandwidth and very high spectral efficiency. This method requires advanced digital signal processing operations, which are power-hungry. Another possible path is to go for a high-transmission bandwidth and a moderate spectral efficiency. We decided for this direction to implement a 100 Gbps system. We have chosen parallel sequence spread spectrum (PSSS) as an analog-friendly mixed-signal modulation where most of the baseband processing is in the analog domain, and only a small part is in the digital domain. For the channel equalization, we consider an “effective channel” that takes into account the wireless channel and the effects of the transmitter and receiver hardware impairments. The influence of the nonlinear channel response was analyzed for a PSSS modulated signal by employing the RAPP model for the power amplifier. For the first time, we performed a Hardware-In-The-loop experiment using PSSS modulation in the terahertz band. A PSSS modulated signal at a chip rate of 20 Gcps with spectral efficiency of 4 bit/s/Hz is transmitted using a 230 GHz RF-frontend operating in the linear range to achieve a data rate of 80 Gbps. One more important property is that the channel estimation and equalization are performed in the analog domain. A high-speed channel equalization algorithm was developed and implemented on FPGA/ASIC, which operates at(1/10)th of PSSS symbol rate. A parallel PSSS encoder transmitter architecture was designed to work at a high chip rate, and it was implemented on FPGA /ASIC and had an energy efficiency of 0.21 pJ bit−1 on 28nm ASIC. In this Thesis, we put forward a case for the analog-friendly modulation scheme called PSSS. This scheme does not only modulates the signal but rather builds up an eco-system (such as channel estimation, equalization, and synchronization), which is responsible for the baseband operation. N2 - Der Bedarf an drahtlosen Kommunikationssystemen mit einer Übertragungsgeschwindigkeit von 100 Gbps und mehr wächst stetig an. Es gibt zwei mögliche Ansätze, um ein 100-Gbit/s-System zu erreichen. Ein Ansatz besteht darin, eine geringere Übertragungsbandbreite und eine sehr hohe spektrale Effizienz anzustreben. Dieses Verfahren erfordert fortschrittliche digitale Signalverarbeitungsvorgänge, die energieintensiv sind. Ein weiterer möglicher Weg ist die Wahl einer hohen Übertragungsbandbreite und einer moderaten spektralen Effizienz. Wir haben uns für diese Richtung entschieden, um ein 100 Gbps-System zu implementieren. Wir haben Parallel Sequence Spread Spectrum (PSSS) als analog-freundliche Mixed-Signal-Modulation gewählt, bei der sich der Großteil der Basisbandverarbeitung im analogen Bereich und nur ein kleiner Teil im digitalen Bereich befindet. Für die Kanalentzerrung betrachten wir einen “effektiven Kanal”, der den drahtlosen Kanal und die Auswirkungen der Hardwarebeeinträchtigungen von Sender und Empfänger berücksichtigt. Der Einfluss der nichtlinearen Kanalantwort wurde für ein PSSS-moduliertes Signal analysiert, indem das RAPP-Modell verwendet wurde, das den Leistungsverstärker modelliert. Zum ersten Mal haben wir ein Hardware-In-The-Loop-Experiment mit PSSS-Modulation im Terahertz-Bereich durchgeführt. Ein PSSS-moduliertes Signal mit einer Chiprate von 20 Gcps und einer spektralen Effizienz von 4 bit/s/Hz wird mit einem 230 GHz RF-Frontend übertragen, das im linearen Bereich arbeitet, um eine Datenrate von 80 Gbps zu erreichen. Eine weitere wichtige Eigenschaft ist, dass die Kanalschätzung und -entzerrung im analogen Bereich durchgeführt wird. Ein besonders schneller Algorithmus zur Kanalentfaltung, der mit (1/10)th der PSSS-Symbolrate arbeitet, wurde entwickelt und auf FPGA/ASIC implementiert. Eine parallele PSSS-Encoder-Senderarchitektur wurde entwickelt, um mit hoher Chiprate zu arbeiten, und sie wurde auf FPGA /ASIC implementiert und hatte eine Energieeffizienz von 0.21 pJ bit−1 auf 28nm ASIC. In dieser Arbeit stellen wir ein Modulationsschema namens PSSS als Beispiel für analogfreundliche Signalverarbeitung vor. Dieses Schema moduliert nicht nur das Signal, sondern ist umgeben von einem Ökosystem (z.B. Kanalschätzung, Entzerrung und Synchronisation), das für den Basisbandbetrieb verantwortlich ist. KW - Submillimeter-wave KW - Broadband receiver KW - PHY layer KW - Hardware-in-the-loop KW - Wireless KW - Drahtlos KW - Submillimeterwelle KW - Breitband-Empfänger KW - THz KW - PSSS KW - Drahtloses lokales Netz KW - Breitbandempfänger KW - Hardware-in-the-loop KW - Terahertzbereich Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-52055 ER - TY - CHAP A1 - Carlowitz, Christian A1 - Vossiek, Martin A1 - Girg, T. A1 - Dietz, M. A1 - Schrotz, A.-M. A1 - Maiwald, T. A1 - Hagelauer, A. A1 - Weigel, R. A1 - Ghaleb, Hatem A1 - Carta, Corrado A1 - Ellinger, Frank A1 - Du, Xuan-Quang A1 - Grözing, Markus A1 - Berroth, Manfred T1 - SPARS : simultaneous phase and amplitude regenerative sampling T1 - SPARS : simultanes Phasen- und Amplituden-regenerativ-Sampling T2 - Wireless 100 Gbps and beyond : architectures, approaches and findings of German Research Foundation (DFG) Priority Programme SPP1655 N2 - In 2012 a group of researchers proposed a basic research initiative to the German Research Foundation (DFG) as a special priority project (SPP) with the name: Wireless 100 Gbps and beyond. The main goal of this initiative was the investigation of architectures, technologies and methods to go well beyond the state of the art. The target of 100 Gbps was set far away from the (at that time) achievable 1 Gbps such that it was not possible to achieve promising results just by tuning some parameters. We wanted to find breakthrough solutions. When we started the work on the proposal we discussed the challenges to be addressed in order to advancing the wireless communication speed significantly. Having the fundamental Shannon boundary in mind we discussed how to achieve the 100 Gbps speed. N2 - Angesichts der rapiden Entwicklung der Funkkommunikation hat die Deutsche Forschungsgemeinschaft im Jahr 2012 ein Schwerpunktprogramm mit dem Titel "Wireless 100 Gbps and beyound" (dt.: Drahtloskommunikation mit 100 Gbps und mehr) gestartet. Diese Initiative zielte auf neue Lösungen, Methoden und neues Wissen zur Lösung des Problems des kontinuierlichen Bedarfs an immer höheren Datenraten im Bereich der Funkkommunikation. Eine international besetze Jury hat etliche Projektvorschläge evaluiert, aus denen 11 Projekte ausgewählt und über zweimal 3 Jahre von Mitte 2013 bis Mitte 2019 gefördert wurden. Das vorliegende Buch versammelt die Ansätze, Architekturen und Erkenntnisse der Projekte. Es überspannt einen breiten Themenbereich, angefangen mit speziellen Fragen der physikalischen Übertragung, des Antennendesigns und der HF-Eingangs-Architekturen für unterschiedliche Frequenzbereiche bis 240 GHz. Darüber hinaus beschreibt das Buch Ansätze für Ultra-Hochgeschwindigkeits-Funksysteme, deren Basisbandverarbeitung, Kodierung sowie mögliche Umsetzungen. Nicht zuletzt wurden auch Fragen des Protokolldesigns behandelt, um eine enge Integration in moderne Computersysteme zu erleichtern. KW - 100 Gbps KW - Wireless KW - Drahtlos KW - Simultaneous phase sampling KW - Amplitude regenerative sampling KW - Amplituden-regenerativ-Sampling KW - Simultanes Phasen-Sampling KW - Drahtloses Sensorsystem KW - Hochfrequenztechnik KW - Antenne KW - Terahertzbereich KW - Energieffizienz Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.26127/BTUOpen-5908 SP - 37 EP - 74 ER - TY - THES A1 - Sharifi Boroujerdi, Ali T1 - Linguistic interpretation of visual contents via Deep Learning T1 - Linguistische Interpretation visueller Inhalte durch Deep Learning N2 - The main part of the research outlined in this thesis is to develop Deep Learning models for the linguistic interpretation of the visual contents. This part is split into two research problems: interactive region segmentation and captioning, and selective texture labeling. In the first attempt, we proposed a novel hybrid Deep Learning architecture whereby the user is able to specify an arbitrary region of the image that should be highlighted and described. The proposed model alternates the bounding box indications of the standard object localization process with the output of a deep interactive segmentation module to achieve a better understanding of the dense image captioning and improve the object localization accuracy. The idea of the next part is to establish a bidirectional correlation between deep texture representation and its linguistic description via a hybrid CNN-RNN model that enables end-to-end learning of the selective texture labeling. This novel architecture provides new opportunities to describe, search, and also retrieve texture images from their linguistic descriptions. To be able to train such a model, we generated a multi-label texture dataset that covers color, material, and pattern labeling simultaneously. Our contribution to the automatic generation of texture descriptions provides an excellent opportunity to enrich the existing vocabulary of the image captioning. Such a conceptual extension can be used for fine-grained captioning applicable in geology, meteorology and other natural sciences where fine-grained image structures are of importance to understand complicated patterns. Apart from Deep Learning technologies, in the final section of the thesis, we proposed a novel approach to define mathematical morphology on color images. To this end, we converted common RGB-values of the color images into a new biconal color space and then combined two approaches of mathematical morphology to give meaning to the maximum and the minimum of the matrix field data and formulate our novel strategy. N2 - Der Hauptteil dieser Arbeit besteht darin, Deep Learning (DL) Modelle für die sprachliche Interpretation von visuellen Inhalten zu entwickeln. Dieser Teil ist in zwei Forschungsprobleme gegliedert: Interaktive Segmentierung und Beschriftung (Captioning) von Regionen und selektive Texturbeschriftung. Zur Lösung der ersten Aufgabenstellung wurde eine neue, hybride DL-Architektur vorgestellt, bei der der Benutzer eine beliebige Region eines Bildes anklicken kann, die automatisch segmentiert und sprachlich beschrieben werden soll. Das neue Modell wechselt die Bounding-Box-Indikationen des Standardobjektlokalisierungsprozesses mit der Ausgabe eines interaktiven, Deep Learning-basierten Segmentierungsmodules. Auf diese Weise wird ein besseres Resultat für das Captioning erzielt, und auch die Objektsegmentierung wird verbessert. Im zweiten Teil der neuen Entwicklungen wird eine wechselseitige Korrelation zwischen DL-basierten Texturrepräsentationen einerseits und deren sprachlicher Beschreibung andererseits mittels einer neuen, speziellen Konstruktion neuraler Netze hergestellt. Dieses neuartige, hybride CNN-RNN-Modell ermöglicht ein sogenanntes end-to-end Learning von Texturbeschreibungen. Wie aufgezeigt wird, entstehen durch die spezielle Architektur dieses neuralen Netzes neue Möglichkeiten zur Charakterisierung, gezielten Suche und zum Retrieval von texturierten Bildern mittels Eingabe sprachlicher Beschreibungen. Um ein solches Modell trainieren zu können, haben wir einen Multi-Label-Textur-Datensatz generiert, der Farbe, Material und Musterbeschriftung gleichzeitig abdeckt. Der Beitrag dieser Arbeit zur automatischen Generierung von Texturbeschreibungen bietet eine ausgezeichnete Möglichkeit, das bestehende Vokabular der Bildunterschriften zu erweitern. Eine solche konzeptionelle Erweiterung kann für feinkörnige Bildunterschriften in der Geologie, Meteorologie und anderen Naturwissenschaften verwendet werden, bei denen feinkörnige Bildstrukturen für das Verständnis komplexer Muster von Bedeutung sind. Im letzten Abschnitt der Arbeit wird abgesehen von Deep Learning-Technologien ein neuartiger Ansatz für die Realisierung von morphologischen Prozessen auf farbigen Bildern vorgestellt. Zu diesem Zweck haben wir gemeinsame RGB-Werte der farbigen Bilder in einen neuen bikonalen Farbraum umgewandelt und anschließend zwei Ansätze der mathematischen Morphologie kombiniert, um dem Maximum und dem Minimum der Matrixfelddaten Bedeutung zu verleihen und unsere neue Strategie zu formulieren. KW - Deep Learning KW - Computer vision KW - Linguistic Interpretation KW - Machine Learning KW - Texture description KW - Deep Learning KW - Computer Vision KW - Linguistische Interpretation KW - Maschinelles Lernen KW - Textur Beschreibung KW - Maschinelles Sehen KW - Computerlinguistik KW - Deep Learning Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-47184 ER - TY - JOUR T1 - Amtliches Mitteilungsblatt der BTU Cottbus–Senftenberg, 2017,17 (21.09.2017) N2 - Neufassung der fachspezifischen Prüfungs- und Studienordnung für den Bachelor-Studiengang Landnutzung und Wasserbewirtschaftung vom 18. September 2017 (Die Prüfungs- und Studienordnung vom 07. Oktober 2011 (Abl. 13/2011) tritt nach Ablauf von vier Semestern nach der festgesetzten Regelstudienzeit und der letztmaligen Immatrikulation außer Kraft.) T3 - Amtliches Mitteilungsblatt der BTU Cottbus–Senftenberg - 2017, H. 17 Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-42953 ER - TY - JOUR T1 - Amtliches Mitteilungsblatt der BTU Cottbus–Senftenberg, 2017,18 (21.09.2017) N2 - Dritte Änderungssatzung zur fachspezifischen Prüfungs- und Studienordnung für den Bachelor-Studiengang Environmental and Resource Management vom 18. September 2017 Neubekanntmachung: Fachspezifische Prüfungs- und Studienordnung für den Bachelor-Studiengang Environmental and Resource Management vom 18. September 2017 (Die Studien-und Prüfungsordnung vom 07. Oktober 2011, einschließlich der Änderungssatzungen vom 12. August 2011 (Abl. 14/2011) und vom 18. August 2015 (AMbl. 04/2015) treten außer Kraft.) T3 - Amtliches Mitteilungsblatt der BTU Cottbus–Senftenberg - 2017, H. 18 Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-42966 ER - TY - THES A1 - Sanftl, Benedikt T1 - Kommunikationssystem für induktiv gekoppelte Leistungsübertragungssysteme T1 - Communication system for inductive power transfer systems N2 - Im Zuge der voranschreitenden drahtlosen Vernetzung von Systemen wie auch von Systemkomponenten im Bereich der Consumer-Elektronik als auch der Industrie wird die Leistungsversorgung von beweglichen Komponenten immer wichtiger. Die meisten dieser Komponenten sind batteriebetrieben und mit ihrer steigenden Anzahl erhöht sich auch die Nachfrage nach Konzepten für ihre kontaktlose Versorgung mit Energie. Dabei hat sich vor allem die induktive Leistungsübertragung (engl. inductive power transfer (IPT)) als leistungsstarke und weitverbreitete Technologie etabliert. Durch die magnetische Kopplung zweier in geringem Abstand angeordneter Spulen wird kontaktlos, aber höchst effizient Leistung übertragen. Zusätzlich zur Leistung sollen aber auch Informationen bzw. Steuerungsbefehle zwischen der stationären Ladestation und den mobilen Verbrauchern ausgetauscht werden. Lässt sich über die magnetisch gekoppelten Spulen bereits eine Wechselstromleistung in Form von HF-Signalen übertragen, muss dies auch für modulierte HF-Signale zur Informationsübertragung möglich sein. Diese Arbeit stellt ein Konzept vor, das ein Leistungsübertragungssystem mit induktiv gekoppeltem Spulenpaar um ein Kommunikationsmodul zur bidirektionalen, robusten Übertragung von digitalen Informationen erweitert. Zunächst werden in dieser Arbeit die Rahmenbedingungen der IPT und die Anforderungen an die Nachrichtenübertragung für ein kombiniertes Daten- und Leistungsübertragungssystem vorgestellt. Hierzu wird unter Nutzung ein und derselben Koppelspulen ein durch Frequenzmultiplexverfahren vom Leistungskanal getrennter Übertragungskanal realisiert. Über diesen Kanal lässt sich die induktive Datenübertragung realisieren. Ein weiterer Teil der Untersuchungen stellt dar, wie einzelne Nachrichtenpakete optimal an die Kanalverhältnisse angepasst und damit unter verbesserten Bedingungen übertragen werden können. Dabei kommen moderne Modulationsverfahren zum Einsatz, deren Grundlagen ebenfalls in dieser Arbeit erläutert werden. Ab- schließend wird die Technologie mit Hilfe eines Prototypen demonstriert und daran messtechnisch die Performanz des Systems belegt. Abgerundet wird die Arbeit mit einer Diskussion der Messergebnisse und einem Vergleich mit dem aktuellen Stand der Technik. Hierdurch kann die Frage beantwortet werden, ob die Technologie unter industriellen Betriebsbedingungen einsetzbar ist. N2 - In the trend of increasing wireless interconnection of systems (as well as system components) in consumer electronics and industry, the power supply of movable components is becoming more and more critical. Most of these components are battery-powered, and with their increasing number, the demand for contactless energy transfer is on the rise. In particular, inductive power transfer (IPT) has established itself as a powerful and widespread technology. The magnetic coupling of two coils arranged at a small distance enables contactless but highly efficient power transmission. In addition to power, it is intended to exchange information and control commands between the stationary charging station and mobile consumers. If AC power can already be transmitted in the form of RF signals via the magnetically coupled coils, it must also be feasible for modulated RF signals to transmit information. This dissertation presents a concept that extends an inductively coupled power transmission system with a communication module for bidirectional, robust transmission of digital information. Initially, this thesis presents the fundamental constraints of IPT and the requirements for communication in a combined data and power transmission system. Using frequency division multiplexing, a transmission channel separated from the power channel can be realized in the same coupled coils. Through this channel, inductive data transmission can be realized. An additional part of the research is how individual message packets can be optimally adapted to the channel conditions and thus transmitted under improved conditions. For this purpose, modern modulation techniques are used, the basics of which are explained in this paper. Subsequently, the technology is demonstrated with a prototype, and its performance is verified. The work is concluded with a discussion of the measurement results, and comparing them to the current state of the art. The question of whether this technology can be used under industrial operating conditions is addressed. KW - Induktive Leistungsübertragung KW - Kommunikation KW - Systemdesign KW - Inductive power transfer KW - Communication KW - System design KW - Drahtlose Energieübertragung KW - Kommunikationstechnik KW - Frequenzmultiplex KW - Prototyp Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-52180 ER - TY - BOOK ED - Steinbach, Jörg T1 - Wir forschen, lehren und lernen aus Leidenschaft für eine bessere Welt von morgen N2 - Unsere Universität trägt mit dazu bei, eine Welt zu schaffen, die auf eine nachhaltige Zukunft ausgerichtet ist. Mit interdisziplinärer Forschung, innovativer Lehre, Wissens-, Technologietransfer und Weiterbildung suchen wir nach Lösungsansätzen für die Herausforderungen im Bereich Energie, Informationstechnologien, Umwelt, Gesundheit und Kultur. Dabei arbeiten wir auf internationaler, nationaler wie auch auf regionaler Ebene mit anderen Wissenschafts- und Forschungseinrichtungen sowie mit Akteuren aus Politik, Wirtschaft und Kultur eng zusammen. Unsere noch junge Geschichte verstehen wir als Chance für die Weiterentwicklung einer modernen Technischen Universität, die sich verantwortungsbewusst den Anforderungen unserer Zeit stellt. Mit interdisziplinären Verfahrensweisen und Gemeinschaftssinn gehen wir neue Wege in all unseren Bereichen. Kreativität und Weltoffenheit sind dabei unsere Markenzeichen. Unsere Stärke liegt im intensiven Dialog: zwischen Studierenden und Lehrenden, zwischen Fakultäten und Verwaltung, zwischen Hochschulleitung und Fachgebieten. Unsere Größe erlaubt uns ein Miteinander, um das uns andere Universitäten beneiden. Wir leben Leistungsbereitschaft mit Gemeinsinn, Streben nach Erfolg mit einer respektvollen Diskussionskultur sowie eigenverantwortliches Handeln mit einer wertschätzenden Arbeitskultur gleichermaßen. Familie und alle Lebensformen von Vielfalt schätzen wir. Die enge Verzahnung innerhalb unserer Universität, unsere internationale Vernetzung und die kooperative Zusammenarbeit prägen eine Kultur, die eine ideale Voraussetzung für erfolgreiches Forschen und Studieren ist. Der gemeinschaftliche Charakter unserer Universität unterscheidet uns von vielen anderen Hochschulen. KW - Forschung KW - Wissens- und Technologietransfer KW - Lehre KW - Internationalität KW - Innovation KW - Innovation Research KW - Knowledge and technology transfer KW - Teaching KW - Internationality KW - Innovation KW - Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg KW - Cottbus KW - Forschung KW - Wissens- und Technologietransfer KW - Hochschule KW - Lehre KW - Internationalität KW - Innovation Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-45375 PB - Brandenburgische Technische Universität Cottbus - Senftenberg CY - Cottbus ER - TY - THES A1 - Castillo Alejandre, Susana T1 - Digital humanity: the temporal and semantic structure of dynamic conversational facial expressions T1 - Digitale Menschlichkeit: Die zeitliche und semantische Struktur dynamischer Gesichtsausdrücke im Gespräch N2 - This thesis focuses on establishing a - theoretically founded and empirically derived - novel methodological pipeline to provide Embodied Conversational Agents (ECAs) with natural facial expressions and desired personality traits. After giving an overview on the content of this thesis, we dedicate its second part to derive the Semantic Space (SSp) for facial expressions, finding that the same space is used for expression words, expression videos, and motion-capture-based point-cloud animations. The process involved the creation of a new facial expression database using Motion Capture (MoCap) technology. Our technique can be used to empirically map specific motion trajectories (including their frequency-decomposition) onto specific perceptual attributes, allowing the targeted creation of novel animations with the desired perceptual traits, as exemplified in the third part of this thesis. Before addressing our final conclusions and, on the grounds that the systematic differences between individuals while performing the same facial expressions are related to their personality, we devote the fourth part of this thesis to the study of the mapping between personality and expressive facial motions. N2 - Diese Arbeit konzentriert sich darauf eine - theoretisch fundierte und empirisch belegte - neue methodologische Pipeline bereitzustellen, um Embodied Conversational Agents (ECAs) mit natürlichen Gesichtsausdrücken und gewünschten Persönlichkeitseigenschaften auszustatten. Nachdem ein Überblick über den Inhalt der Arbeit gegeben wurde, wird sich der zweite Teil der Dissertation mit der Herleitung des Semantic Space (SSp) für Gesichtsausdrücke beschäftigen und dem Belegen das selbiger SSp sowohl für die Wörter, die zum Beschreiben der gegebenen Gesichtsausdrücke genutzt werden, als auch für Kameravideos und für Motion-Capture basierte Punktwolken-Animationen genutzt werden kann. Dafür musste eine neue Ausdrucksdatenbank mit Hilfe der Motion Capture (MoCap) Technologie angefertigt werden. Unsere Technik erlaubt es bestimmte Bewegungskurven (inklusive deren Frequenz) auf spezifische wahrgenommene Attribute abzubilden und damit gezielt neue Animation mit gewünschten Persönlichkeitseigenschaften zu erschaffen, dies wird im dritten Teil der Dissertation veranschaulicht. Bevor wir abschließende Schlussfolgerungen ziehen, widmet sich der vierte Teil der Dissertation, basierend auf der Grundlage, dass unterschiedliche Individuen gleiche Gesichtsausdrücke auf Basis ihrer Persönlichkeit anders darstellen, einer Studie, welche eine Abbildung von Persönlichkeit und ausdrucksvollen Gesichtsbewegungen vorsieht. KW - Facial Animation KW - Cognitive-based behavioural modelling KW - Motion capture KW - Personality KW - Gesichtsanimation KW - Kognitiv-basierte Verhaltensmodellierung KW - Persönlichkeit KW - Merkmalsextraktion KW - Motion Capturing KW - Mimik KW - Computeranimation Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-51562 ER - TY - THES A1 - Böhm, Sebastian T1 - Split-Protocol-Stack network simulation and emulation of wireless embedded systems with Radio-in-the-Loop : towards accurate wireless network evaluation T1 - Split-Protocol-Stack Netzwerksimulation und Emulation hoch-integrierter drahtloser Funkübertragungssysteme mit Radio-in-the-Loop : Schritte hin zu einer genauen Evaluierung drahtloser Kommunikationsnetze N2 - Recent challenges and novel approaches of wireless communication networks are characterized by high performance requirements on the radio channel and by concepts of self-organization, in-network processing, or resource optimization which ultimately lead to distributed network applications, communication architectures, and radio transceivers. Associated evaluation is driven by a multitude of ever-increasing requirements that call for multidisciplinary expertise. Depending on the discipline, simulation is one of the most widely used technologies, whereby often abstract assumptions and models do not allow for sufficiently accurate, comparable results. In contrast, real-world measurements and field-tests can only be performed on actual systems, commonly under non-reproducible conditions. This thesis establishes with the Split-Protocol-Stack a new type of evaluation method that intends to help closing the gap between purely simulative analyzes and real-world tests. With the inclusion of real radio hardware and radio channels in the event-based simulation, this central hybrid approach in connection with the Radio-in-the-Loop methodology creates synergies in interdisciplinary fields. The approach contains analytical discussions, methodological strategies, and practical contributions that are summarized as key elements in the subsequent central considerations and challenges. With Real-Time-Shift, a pseudo-real-time synchronization approach for parallel simulation and radio channel emulation of communication flows is introduced. Based on the underlying time compensation scheme, the discrete event simulation is decoupled from real-time constraints when exchanging event messages with real-world wireless hardware. A physical layer emulation methodology and radio channel interface concept, called Radio-in-the-Loop, is introduced along with two practical realization approaches. Furthermore, strategic details on radio network planning with an approach to automatic hardware resource allocation are presented for radio channel emulation-capable network testbeds. The contributions of this work are evaluated using real-world reference measurements, practical application scenarios, and experiments that provide proof of concepts. By means of an exemplary selected cross-layer optimization scenario, the benefits are practically demonstrated and discussed. Finally, based on IEEE 802.15.4 as the reference protocol standard for low-power wireless networks, this thesis provides feasibility studies and analysis results using the representative prototype SEmulate for the Split-Protocol-Stack approach. N2 - Aktuelle Herausforderungen und neuartige Ansätze drahtloser Kommunikationsnetze sind geprägt durch hohe Leistungsanforderungen auf dem Funkkanal sowie Konzepte der Selbstorganisation, netzinternen Verarbeitung oder Ressourcen-Optimierung und münden letztendlich in verteilten Netzwerkanwendungen, Kommunikationsarchitekturen und Funk-Transceivern. Die Evaluation ist dabei stark von fachspezifischen, simulativen Analysen unter abstrahierten Annahmen und Modellen geprägt, so dass die Ergebnisse oft keine hinreichend genauen, vergleichbaren Schlussfolgerungen auf die Leistungsfähigkeit im Gesamtsystem zulassen. Praxistests hingegen, können nur für konkrete Systeme am Ende des Entwicklungszyklus unter zum Teil nicht reproduzierbaren Bedingungen durchgeführt werden. Diese Arbeit begründet mit dem Split-Protocol-Stack eine neuartige Evaluationsmethodik die dazu beitragen soll, die Lücke zwischen rein simulativen Analysen und realen Tests zu schließen. Unter Einbeziehung realer Funkhardware und physikalisch realitätsnah nachgebildeter Funkkanäle in die ereignisbasierte Simulation schafft dieser zentrale hybride Ansatz in Verbindung mit der Methodik des Radio-in-the-Loop Synergien in interdisziplinären Fachgebieten. Der Ansatz enthält analytische Diskussionen, methodische Strategien und praktische Beiträge, die als Kernelemente in den nachfolgenden zentralen Betrachtungen und Herausforderungen zusammengefasst werden. Unter der Bezeichnung Real-Time-Shift wird ein Synchronisationsansatz für die parallele Simulation und Funkkanalemulation von Kommunikationsabläufen eingeführt. Basierend auf der zugrundeliegenden Zeitkompensation wird die Simulation von Beschränkungen der Echtzeitfähigkeit beim Nachrichtenaustausch von Ereignissen mit reale Funk-Transceiver-Hardware entkoppelt. Darüberhinaus wird mit Radio-in-the-Loop eine Methode zur Emulation der physikalischen Schicht sowie Schnittstelle zum Funkkanal definiert und praktisch realisiert. Weiterhin werden strategische Details zur Funknetzplanung vorgestellt und mit einem Ansatz zur automatischen Hardware-Ressourcenzuweisung für die Funkkanalemulation analysiert und praktisch erprobt. Bewertet werden die Beiträge dieser Arbeit durch Referenzmessungen, praktische Anwendungsszenarien und experimentelle Analysen, die den Nachweis der vorgestellten Konzepte erbringen sowie deren Nutzen evaluieren. Anhand eines exemplarisch ausgewählten Anwendungsszenarios der Protokollschicht-übergreifenden Optimierung, wird der Zugewinn praktisch demonstriert und diskutiert. Schließlich werden auf Basis von IEEE 802.15.4 als Referenz-Protokollstandard für drahtlose Niedrigenergie-Netze durch diese Arbeit Durchführbarkeitsstudien und Analyseergebnisse zusammen mit dem repräsentativen Prototypen SEmulate für den Ansatz des Split-Protocol-Stack bereitgestellt. KW - Internet of things KW - Network simulation KW - Hardware-in-the-Loop KW - Modeling KW - IEEE 802.15.4 KW - Internet der Dinge KW - Netzwerksimulation KW - Emulation KW - Modellierung KW - Emulation KW - Internet der Dinge KW - Netzwerksimulation KW - Hardware-in-the-loop KW - IEEE 802., 15, 4 Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-61443 ER - TY - THES A1 - Assaf, George T1 - Fuzzy coloured Petri nets for modelling biological systems with uncertain kinetic parameters T1 - Fuzzy-farbige Petri-Netze für die Modellierung biologischer Systeme mit unsicheren kinetischen Parametern N2 - Over the last twenty years, Petri nets have been increasingly adopted for modelling and simulating biological systems, as they offer an intuitive and graphical approach for this purpose. Their usability convenience comes from the fact that they offer many types of elements to describe systems in a qualitative and quantitative way. Coloured Petri nets are particularly useful to model systems with repeated components in a compact fashion. Our tool Snoopy for modelling and simulating Petri nets is one of the most well-known tools supporting a family of related Petri net classes comprising stochastic, continuous and hybrid Petri nets, and covering uncoloured and coloured Petri nets alike. However, kinetic information of a biological system, i.e. kinetic parameters may be uncertain, due to many reasons, e.g. environmental factors. Besides, coloured Petri nets as they were previously supported in Snoopy suffered from some inconsistencies. Due to these inconsistencies, exploring the model behaviour using different sizes (scaleability) was not feasible. Both challenges call for a new and more powerful approach integrating the modelling of uncertainties together with modelling features supporting repeated structures in a compact and scalable way. This thesis comprises two major contributions: Firstly, we introduce the definition and present the simulation algorithm for both uncoloured and coloured fuzzy Petri nets, by extending the existing quantitative uncoloured and coloured Petri nets in Snoopy. This includes discretising the uncertain kinetic parameters to crisp values by using sampling strategies. Secondly, we harmonise coloured Petri nets in Snoopy with their uncoloured counterparts and we extend the Snoopy’s coloured Petri nets by all the features, which are supported by the coloured abstract net description language - an exchange format of coloured Petri nets in our PetriNuts tool family. By performing fuzzy simulation, one can obtain two kinds of output: fuzzy bands of each output variable and their corresponding timed-membership functions. Each fuzzy band describes the uncertainties associated with the input, whereas membership functions give more accurate information about the associated uncertainties. The most important features that we obtain by harmonising coloured Petri nets are to develop scaleable models, by defining scaling factors as constants and unifying the usage of coloured Petri nets with the other tools in our PetriNuts tool family. N2 - In den letzten zwanzig Jahren wurden Petri-Netze zunehmend für die Modellierung und Simulation von biologischen Systemen eingesetzt. Sie bieten dafür sowohl eine qualitative als auch quantitative Modellierungsmethode an. Farbige Petri-Netze sind nützlich für die Modellierung von Systemen mit sich wiederholenden Komponenten. Snoopy ist eines der bekanntesten Werkzeuge, das eine Familie von Petri-Netzen unterstützt, darunter sowohl ungefärbte als auch gefärbte stochastische, kontinuierliche und hybride Petri-Netze. In dieser Dissertation werden zwei Themen behandelt. Einerseits können Biologische Systeme aus vielen Gründen unbestimmt sein, zum Beispiel aus Umweltgründen, anderereseits hatten farbige Petri-Netze in Snoopy Inkonsistenzen, die den Bau skalierbarer Modelle verhindern. Die Ergebnisse der Fuzzy-Simulation sind sowohl das Fuzzy-Band jeder interessierenden Variablen als auch zeitliche Zugehörigkeitsfunktionen für jede Variable, damit man die Unsicherheiten erforschen kann, die mit der Eingabe verbunden sind. Durch die Harmonisierung von farbigen Petri-Netzen können wir skalierbare Modelle konstruieren und dann das Verhalten des Modells mit verschiedenen Größen des vorliegenden Modells untersuchen. KW - Uncertain biological systems KW - Petri nets KW - Fuzzy logic KW - Colouring fuzziness KW - Software harmonisation KW - Unbestimmte Systembiologie KW - Modellierung KW - Petri-Netze KW - Software Hamonisierung KW - Simulation KW - Gefärbtes Petri-Netz KW - Systembiologie KW - Fuzzy-Logik Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-58516 ER - TY - THES A1 - Bergmann, Max T1 - A machine learning approach for churn prediction within the social network Jodel T1 - Ein Machine-Learning-Ansatz zur Vorhersage der Abwanderung von Nutzern am Beispiel des Sozialen Netzwerkes Jodel N2 - Within the last decades, the number of social networks is growing fast. The competition of retaining the customers to grow their platform and increase their profitability is rising. That is why companies need to detect possible churners to retain these. The problem of predicting the users’ lifetime, churning users, and the reasons for churning can be tackled by using machine learning. The goal of this bachelor thesis is to build machine learning models to predict user churn and the user lifetime within the social network Jodel, a location-based anonymous messaging application for Android and iOS. To get the best possible prediction results, we have started with extensive literature research, whose approaches we have tested and added to a machine learning pipeline to build predictive models. With these models, we have investigated the performance after different observation time windows and have finally compared the strongest models to detect similarities and understand the insights to learn their behaviour. The results of this thesis are machine learning models for a selected representative set of communities varying in size within the Kingdom of Saudi Arabia and a country model leveraging all data. These models are used for a regression task by predicting the lifetime of a user and a multi-label classification of a user into six different churn classes. Additionally, we have also given models for a binary classification, where the model will predict if the user will churn within a given time or not. These models have shown general strong predictive power, which is shrinking when limiting the observation time window. Especially the binary classification yielded high accuracy of over 99%. The best models have been used for predicting user churn within other communities to detect communities with possible similar behaviour. These similarities then have been determined by features’ importance, where the most important features have got fed back into empirics. This has shown statistically significant differences between user groups with a different active time but as of today no clear trends were visible that had led us to define the communities’ behaviours. Since the competition of social networks is still growing, the retaining of users will stay a core marketing strategy, which will need to be tackled by machine learning and artificial intelligence. The created models could be useful for predicting churning users within the platform Jodel to detect these customers that will churn within a given time. Researches did not focus much on anonymous and location-based messaging. That is why the results of this thesis on the anonymous messaging application Jodel opens a variety of possible tasks for the future in this context. N2 - In den letzten Jahrzehnten ist die Zahl der sozialen Netzwerke schnell gewachsen. Der Wettbewerb um die Bindung der Kunden, um die Plattform zu vergrößern und die Rentabilität zu steigern, nimmt zu. Aus diesem Grund müssen Unternehmen mögliche Abwanderer erkennen, um diese zu binden. Das Problem der Vorhersage der Nutzerlebensdauer, der abwandernden Nutzer und der Gründe für die Abwanderung kann mit Hilfe von maschinellem Lernen angegangen werden. Ziel dieser Bachelorarbeit ist es, maschinelle Lernmodelle zur Vorhersage der Nutzerabwanderung und der Nutzerlebensdauer innerhalb des sozialen Netzwerks Jodel, einer ortsbezogenen anonymen Messaging-Anwendung für Android und iOS, zu erstellen. Um die bestmöglichen Vorhersageergebnisse zu erhalten, haben wir mit einer umfangreichen Literaturrecherche begonnen, deren Ansätze wir getestet und zu einer maschinellen Lernpipeline hinzugefügt haben, um Vorhersagemodelle zu erstellen. Mit diesen Modellen haben wir die Leistung nach verschiedenen Beobachtungszeitfenstern untersucht und schließlich die stärksten Modelle verglichen. Die Ergebnisse dieser Arbeit sind maschinelle Lernmodelle für eine ausgewählte repräsentative Gruppe von Gemeinden unterschiedlicher Größe im Königreich Saudi-Arabien und ein Ländermodell, das alle Daten nutzt. Diese Modelle werden für eine Regressionsaufgabe verwendet, bei der die Lebensdauer eines Benutzers vorhergesagt wird, sowie für eine Multi-Label-Klassifizierung eines Benutzers in sechs verschiedene Abwanderungsklassen. Darüber hinaus haben wir auch Modelle für eine binäre Klassifizierung erstellt, bei der das Modell vorhersagt, ob der Nutzer innerhalb einer bestimmten Zeit abwandert oder nicht. Diese Modelle haben eine allgemein starke Vorhersagekraft gezeigt, die mit der Einschränkung des Beobachtungszeitfensters abnimmt. Insbesondere die binäre Klassifizierung ergab eine hohe Genauigkeit von über 99 %. Die besten Modelle wurden für die Vorhersage der Nutzerabwanderung in anderen Gemeinschaften verwendet, um Gemeinschaften mit möglicherweise ähnlichem Verhalten zu ermitteln. Diese Ähnlichkeiten wurden dann anhand der Wichtigkeit der Merkmale bestimmt, wobei die wichtigsten Merkmale in die Empirie zurückgeführt wurden. Dies hat statistisch signifikante Unterschiede zwischen Nutzergruppen mit unterschiedlicher Aktivitätszeit gezeigt, jedoch ohne klare Trends zur Definition von Verhaltensweisen der Gemeinschaften. Da die Konkurrenz unter den sozialen Netzwerken weiterwächst, wird die Bindung von Nutzern eine zentrale Marketingstrategie bleiben, die durch maschinelles Lernen und künstliche Intelligenz angegangen werden muss. Die erstellten Modelle könnten für die Vorhersage von abwandernden Nutzern innerhalb der Plattform Jodel nützlich sein, um die Kunden zu erkennen, die innerhalb einer bestimmten Zeit abwandern werden. KW - Machine learning KW - Churn prediction KW - Neural networks KW - Python KW - Feature engineering KW - Maschinelles Lernen KW - Online-Community KW - Prognose KW - Maschinelles Lernen KW - Abwanderungsvorhersage KW - Neuronale Netze KW - Klassifizierungsbäume KW - Regressionsbäume Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-60878 ER - TY - JOUR T1 - Amtliches Mitteilungsblatt der BTU Cottbus–Senftenberg, 2022,8 (22.06.2022) N2 - Habilitationsordnung der Fakultät 3 – Maschinenbau, Elektro- und Energiesysteme vom 15. Juni 2022 T3 - Amtliches Mitteilungsblatt der BTU Cottbus–Senftenberg - 2022, H. 8 Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-59473 ER - TY - JOUR T1 - Amtliches Mitteilungsblatt der BTU Cottbus–Senftenberg, 2022,9 (22.06.2022) N2 - Richtlinie zur Erhebung und Verwendung von Gemeinkosten an der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus–Senftenberg (BTU) T3 - Amtliches Mitteilungsblatt der BTU Cottbus–Senftenberg - 2022, H. 9 Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-59481 ER - TY - JOUR T1 - Amtliches Mitteilungsblatt der BTU Cottbus–Senftenberg, 2022,6 (30.03.2022) N2 - Erste Änderungssatzung zur fachspezifischen Prüfungs- und Studienordnung für den Master-Studiengang Wirtschaftsrecht für Technologieunternehmen vom 29. März 2022 (ergänzt AMbl. 14/2020) T3 - Amtliches Mitteilungsblatt der BTU Cottbus–Senftenberg - 2022, H. 6 Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-58705 ER - TY - THES A1 - Filetti, Mirko T1 - Open Source basierte Virtuelle Forschungsumgebungen für Projekte in der ökologischen Langzeitforschung : das „Rapid L-TER VRE“ Baukastenkonzept zur schnellen und nachhaltigen Realisierung T1 - Open Source based virtual research environments for projects in long-term ecological research : the „Rapid L-TER VRE“ kit concept for rapid and sustainable development N2 - Virtuelle Forschungsumgebungen (VRE), sind Plattformen auf Basis von Informations- und Kommunikationstechnologien (engl. ICT) mit ganzheitlichem Ansatz, die das wissenschaftliche Arbeiten im Team und insbesondere dessen Kommunikation und Organisation unterstützen sollen. Sie haben zum Ziel, schneller und besser zu nachvollziehbaren Ergebnissen zu gelangen, als bisher. Projekte in der ökologischen Langzeitforschung (engl. long-term ecological research, im Folgenden als L-TER bezeichnet) sind durch den Langzeitaspekt und Raumbezug in der Regel umfangreiche Projekte mit mittleren und großen Datenmengen (Medium Data und Big Data) sowie interdisziplinären, örtlich verteilten Forschungsgruppen. Sie sind daher prädestiniert für den Einsatz von VREs. Die vorliegende Arbeit untersucht die spezifischen Aspekte und Anforderungen an virtuelle Forschungsumgebungen von L-TER Projekten im Kontext der Umweltinformatik. Dazu wird der Begriff „L-TER VRE“ eingeführt. Grundlage hierfür ist der Stand des Wissens zu allgemeinen VREs, Datenmanagement und ICT, die interdisziplinär in Verbindung gebracht werden mit den Zielen, Methoden und Daten der L-TER (z.B. Analyse von Zeitreihen). Es zeigt sich, dass sich die Anforderungen an L-TER VREs – aufgrund ihres Einsatzbereiches für langfristige L-TER Projekte – in der Nachhaltigkeit durch ihre Persistenz (Daten, Infrastruktur), Flexibilität (projektspezifische Rahmenbedingungen), der eingesetzten ICT und vom Faktor „Mensch“ mit seinem gesellschaftlichen Umfeld von VREs für andere Aufgaben unterscheiden. Aus den Erkenntnissen wird ein innovatives Baukastenkonzept mit dem Namen „Rapid L-TER VRE“ zur Planung, dem Aufbau und Betrieb von L-TER VREs vorgestellt. Es basiert auf Open-Source-Software und kann durch die gemeinsame Basis der Bausteine auch für allgemeine VREs Verwendung finden. Da VREs oder ähnliche ICT-Infrastrukturen im Rahmen von „e-Science“ als Rückgrat für die Organisation der Projekte prädestiniert sind, ist der Aufbau solcher Infrastrukturen oft schon zur Voraussetzung bei der Antragstellung von Projekten geworden. Ein Prototyp sollte daher bereits vor oder bei der Antragstellung existieren. Spätestens zum Projektbeginn muss eine Produktivumgebung zur Verfügung stehen. Vor diesem Hintergrund ist das Konzept „Rapid L-TER VRE“ speziell für eine schnelle (engl. rapid) Entwicklung von VRE Prototypen mit einer kurzen Übergangsphase in den Produktivbetrieb ausgelegt. Das Baukastenkonzept wird auf verschiedene existierende Projekte im Umfeld des Fachgebietes „Environmental Informatics“ und der Fakultät „Umwelt und Naturwissenschaften“ der BTU Cottbus-Senftenberg konzeptionell, sowie in der Form von Prototypen angewendet und dessen Anwendbarkeit allgemein bewertet. Aus den Erkenntnissen werden allgemeine Schlussfolgerungen in Bezug auf den Einsatz von Technologien und die Nachhaltigkeit für den erfolgreichen Betrieb von L-TER VREs gezogen – dabei steht der Mensch als „maßgeblicher“ Faktor im Mittelpunkt. N2 - Virtual research environments (VREs) are information and communication technology (ICT) platforms that apply a holistic approach in supporting scientific communities. In particular communication and organization among members of a research group is necessary. With VREs scientific results can be obtained faster, more efficiently and shared with the community on the platform in an immediate, comprehensible and easily accessible form. At the moment, there is no VRE software framework existing, that would be immediately applicable - "out-of-the-box" and suitable for any field of research - "one size fit them all". Large scale and long-term research projects are often interdisciplinary, generate large data sets and may involve the collaboration of spatial distributed research groups. In this thesis project specific aspects and their associated requirements for VREs are examined on the basis of exemplary long-term ecological research (L-TER) projects. The premise for this objective is a profound comprehension of the general functioning of VREs, data management and ICT, which are merged from an interdisciplinary point of view with the objectives, methods and data management of long-term ecological research (e.g. time series analysis). It could be shown that in the field of sustainability the requirements of L-TER VREs differ from general VREs in terms of persistence (data, infrastructure), flexibility (project specific), ICT, and "humans" with their social interaction. Based on these findings, an innovative model kit called "Rapid L-TER VRE" was developed, which is comprised of several compatible modules. By combining them, an efficient framework for planning, setup and operation of L-TER VREs can be presented. "Rapid L-TER VRE" utilizes open-source software and can be applied in any VREs, thanks to the shared conceptual basis of the modules. In the context of “e-science” VREs or similar ICT-platforms are predestined to become the backbone of complex research projects and as a result of this, are often viewed as a prerequisite for novel research proposals. A prototype should therefore be available before or during an application process, but latest at the beginning of a research project. "Rapid L-TER VRE" was specifically designed for the rapid development of VRE prototypes having a short transition phase to an efficient infrastructural research tool in a productive environment. The model kit was applied conceptually, as well as in the form of a prototype to various existing projects from the chair of environmental informatics and the faculty of environment and natural science of the BTU Cottbus-Senftenberg.By assessing the VRE’s practicality, general conclusions on the successful operations of VREs relating to applied technologies and susatainability could be drawn. Humans with their communities must are the „evaluating“ and leading factor in the centre. KW - Virtuelle Forschungsumgebung KW - Ökologische Langzeitforschung KW - Umweltinformatik KW - E-Science KW - Open-Source KW - Virtual research environment KW - Long-term ecological research KW - Environmental informatics KW - E-Science KW - Open-Source KW - Umweltinformatik KW - Virtuelle Forschungsumgebung Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-48405 ER - TY - THES A1 - Liu, Ke T1 - Parallel constraint solving for combinatorial problems T1 - Paralleles Constraint Solving für kombinatorische Probleme N2 - With parallelism becoming the standard in computer design, research on parallel constraint solving technique is of vital importance for enhancing the performance of constraint solving. In this dissertation, we reviewed the literature on exploiting parallelism in constraint solving to help gain insight into the rationale of different types of parallel constraint solving approaches. On this basis, we analyzed the effectiveness of parallel constraint solving, with the focus on obtaining a first solution when solving computationally hard combinatorial problems. We have shown that a well-designed search space splitting method and constraint programming model can enable the embarrassingly parallel search (EPS) to solve some open instances of the social golfer problem that have not been solved by a sequential algorithm. We also observed superlinear speedups when solving these instances, which confirms our theoretical analysis. Besides, we examined two practical constraint optimization problems, including the traveling tournament problem with predefined venues and the talent scheduling problem. Our proposed constraint models outperformed the existing models on the same instances, and the EPS approach could always attain better feasible solutions in terms of the optimal objective value by using more parallel processors. To explore the use of massively parallel processing, we proposed the parallel stochastic portfolio search, which is a simple and non-intrusive way to parallelize different incarnations of a sequential solver. When comparing the existing portfolio to our portfolio approach by solving the same constraint satisfaction problems using the same constraint models, our technique could solve harder and larger instances. The successes of our new parallel approaches are attributed to early diversity; i.e., some diversity early in the search introduced by parallelism can offset early mistakes caused by weak heuristic choices. Unlike the other techniques (e.g., limited discrepancy search) used to overcome early mistakes, the studied two parallel constraint solving approaches not only can explore more nodes simultaneously but also does not sacrifice the guarantee of completeness. We also presented a hypertree decomposition method that builds a degenerate decomposition tree for a given constraint network, in which each node of the decomposition tree possesses and executes a subset of constraints of the given constraint network. The usefulness of our proposed parallel techniquedepends on whether we can find an efficient way to join the results of each node. N2 - Da Parallelität zum Standard im Computerdesign geworden ist, ist die Erforschung paralleler Constraint-Solving-Techniken von entscheidender Bedeutung, um die Leistung des Constraint-Solving zu verbessern. In dieser Dissertation wurde die Literatur zur Ausnutzung der Parallelität bei der Lösung von Nebenbedingungen durchgesehen, um einen Einblick in die Gründe für die verschiedenen Arten von parallelen Lösungsansätzen für Nebenbedingungen zu erhalten. Auf dieser Grundlage haben wir die Effektivität des parallelen Lösens von Nebenbedingungen analysiert, wobei der Schwerpunkt auf der Erlangung einer ersten Lösung beim Lösen rechenintensiver kombinatorischer Probleme lag. Wir haben gezeigt, dass eine gut konzipierte Suchraumaufteilungsmethode und ein Constraint-Programmiermodell die peinlich parallele Suche (EPS) in die Lage versetzen kann, einige offene Instanzen des sozialen Golferproblems zu lösen, die von einem sequentiellen Algorithmus nicht gelöst werden konnten. Wir beobachteten auch superlineare Beschleunigungen beim Lösen dieser Instanzen, was unsere theoretische Analyse bestätigt. Außerdem untersuchten wir zwei praktische Constraint-Optimierungsprobleme, darunter das Traveling-Turnier-Problem mit vordefinierten Austragungsorten und das Talentplanungsproblem. Die von uns vorgeschlagenen Constraint-Modelle übertrafen die bestehenden Modelle bei denselben Instanzen, und der EPS-Ansatz konnte durch die Verwendung von mehr parallelen Prozessoren immer bessere machbare Lösungen in Bezug auf den optimalen Zielwert erzielen. Um die Verwendung von massiv paralleler Verarbeitung zu erforschen, haben wir die parallele stochastische Portfoliosuche vorgeschlagen, die eine einfache und nicht-intrusive Methode zur Parallelisierung verschiedener Inkarnationen eines sequentiellen Solvers ist. Beim Vergleich des existierenden Portfolios mit unserem Portfolio-Ansatz durch Lösen der gleichen Constraint-Satisfaction-Probleme unter Verwendung der gleichen Constraint-Modelle konnte unsere Technik schwierigere und größere Instanzen lösen. Die Erfolge unserer neuen parallelen Ansätze werden auf die frühe Diversität zurückgeführt, d. h. eine gewisse Diversität zu Beginn der Suche, die durch die Parallelität eingeführt wird, kann frühe Fehler ausgleichen, die durch schwache heuristische Entscheidungen verursacht werden. Im Gegensatz zu anderen Techniken (z. B. begrenzte Diskrepanzsuche), die zur Überwindung früher Fehler verwendet werden, können die beiden untersuchten parallelen Ansätze zum Lösen von Beschränkungen nicht nur mehr Knoten gleichzeitig untersuchen, sondern opfern auch nicht die Garantie der Vollständigkeit. Wir haben auch eine Hypertree-Dekompositionsmethode vorgestellt, die einen degenerierten Dekompositionsbaum für ein gegebenes Constraint-Netzwerk aufbaut, bei dem jeder Knoten des Dekompositionsbaums eine Teilmenge von Constraints des gegebenen Constraint-Netzwerks besitzt und ausführt. Die Nützlichkeit der von uns vorgeschlagenen parallelen Technik hängt davon ab, ob wir einen effizienten Weg finden können, die Ergebnisse der einzelnen Knoten zu verbinden. KW - Parallel constraint solving KW - Parallel computing KW - Constraint programing KW - Constraint-Programmierung KW - Lösen von Zwangsbedingungen KW - Paralleles Rechnen KW - SGP KW - Constraint-Programmierung KW - Parallelverarbeitung Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-54375 ER - TY - THES A1 - Hasani, Alireza T1 - High-throughput QC-LDPC codes for next-generation wireless communication systems T1 - QC-LDPC-Codes mit hohem Durchsatz für drahtlose Kommunikationssysteme der nächsten Generation N2 - Wireless communication has become an indispensable part of our life and the demand for achieving higher throughput with lower energy consumption is ever growing. The ambitious throughput of 100 Gb/s and beyond is now becoming a modest goal thanks to comprehensive advances in transmission technologies and protocols. One important aspect of these advances is with regard to channel coding methods and the ability to detect and correct errors at the receiver. Computations needed by such methods become generally more complicated as they become more powerful in their performance. This imposes a great challenge for researchers attempting to devise practical methods for encoding and decoding Forward-error Correction (FEC) techniques tailored for high-throughput scenarios. In this work we focus on high-throughput Quasi-Cyclic LDPC (QC-LDPC) codes, as they have been selected as one of the main FEC techniques for the two major next generation wireless technologies, namely Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax) and 5G. Our target is to develop complete encoding and decoding design for these codes in order to reach the throughput of 100 Gb/s with affordable power consumption. Toward this goal, we investigate first the appropriate encoder design for these codes which can be used at such high data-rate with reasonably low power consumption. Then we propose several novel ideas for improving the decoding performance and complexity of QC-LDPC codes. The proposed novel ideas collectively facilitate a decoder able to run at 50 Gb/s with less than 12 pJ/b energy consumption for a Latin squares QC-LDPC code. All the proposed methods are practical and implementable and their effectiveness are showcased by either Field Programmable Gate Array (FPGA) or Application-Specific Integrated Circuit (ASIC) synthesis. N2 - Drahtlose Kommunikation ist zu einem unverzichtbaren Bestandteil unseres Lebens geworden, und der Anspruch an einen höheren Durchsatz mit geringerem Energieverbrauch wächst ständig. Der ehrgeizige Durchsatz von 100 Gbit/s und mehr wird dank umfassender Fortschritte bei den Übertragungstechnologien und protokollen zu einem bescheidenen Ziel. Ein wichtiger Aspekt dieser Fortschritte betrifft die Kanalcodierungsverfahren und die Fähigkeit, Fehler am Empfänger zu erkennen und zu korrigieren. Berechnungen, die von solchen Methoden benötigt werden, werden im Allgemeinen komplizierter, da sie in ihrer Leistung leistungsfähiger werden. Dies ist eine große Herausforderung für Forscher, die versuchen, praktische Methoden zum Codieren und Decodieren von FEC Techniken zu entwickeln, die auf Szenarien mit hohem Durchsatz zugeschnitten sind. In dieser Arbeit konzentrieren wir uns auf QC-LDPC Codes mit hohem Durchsatz, da diese als eine der wichtigsten FEC Techniken für die beiden wichtigsten drahtlosen Technologien der nächsten Generation ausgewählt wurden, nämlich Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax) und 5G. Unser Ziel ist es, ein vollständiges Codierungs- und Decodierungsdesign für diese Codes zu entwickeln, um den Durchsatz von 100 Gbit/s bei erschwinglichem Stromverbrauch zu erreichen. Um dieses Ziel zu erreichen, untersuchen wir zunächst das geeignete Encoderdesign für diese Codes, das mit einer so hohen Datenrate bei relativ geringem Stromverbrauch verwendet werden kann. Anschließend schlagen wir einige neuartige Ideen zur Verbesserung der Decodierungsleistung und Komplexität von QC-LDPC Codes vor. Die vorgeschlagenen neuen Ideen ermöglichen gemeinsam einen Decoder, der mit 100 Gbit/s und einem Energieverbrauch von weniger als 1 pJ/b für einen Latin Squares QC LDPC Code betrieben werden kann. Alle vorgeschlagenen Methoden sind praktisch und implementierbar, und ihre Wirksamkeit wird entweder durch FPGA oder ASIC Synthese demonstriert. KW - LDPC decoding KW - High-throughput decoding KW - Belief propagation KW - LDPC-Decodierung KW - Decodierung mit hohem Durchsatz KW - Glaubensverbreitung KW - Datenfunknetz KW - Kanalcodierung KW - Low-Density-Parity-Check-Code KW - Vorwärtsfehlerkorrektur Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-58194 ER - TY - THES A1 - Rietz, René T1 - Optimization of network intrusion detection processes T1 - Optimierung von Einbrucherkennungsprozessen N2 - Intrusion detection is a concept from the field of IT security. Network intrusion detection systems (NIDS) are used in addition to preventative measures, such as firewalls, to enable an automated detection of attacks. Network security threats often consist of multiple attack phases directed against various components of the network. During each attack phase, varying types of security-related events can be observed at various points in the network. Security monitoring, however, is nowadays essentially limited to the uplink to the internet. Sometimes it is also used to a limited extent at key points within a network, but the analysis methods do not have the same depth as at the uplink. Other areas, such as virtual networks in virtual machines (VMs), are not covered at all, yet. The aim of this thesis has been to improve the detection capability of attacks in local area networks. With a glance at the area of safety engineering, it appears efficient to secure these networks thoroughly and to develop additional monitoring solutions only for the remaining problem cases. This entails several challenges for the analysis of different parts of the TCP/IP stack. The lowermost part of the network stack has to be analyzed for attacks on network components, such as switches and VM bridges. For this, there is still no technology. Although attacks on the layers~2 and 3, such as ARP spoofing and rogue DHCP servers in physical networks, can be controlled to some extent by appropriate switches, equivalent methods are not used in virtual networks. Therefore, a software-defined networking based approach is proposed to counteract the respective attacks, which works for physical and virtual networks. The upper layers are already largely covered by traditional NIDS methods, but the rapidly increasing data rates of local area networks often lead to an uncontrolled discarding of traffic due to overload situations in the monitoring stations. Therefore, the drawbacks of current optimization approaches are outlined based on a detailed performance profiling of typical intrusion detection systems. A new approach for parallelizing the intrusion detection analysis that copes with the increasing network dynamics is introduced and evaluated. Since further special issues for NIDS particularly go back to the massive use of web technologies in today's networks, a firewall architecture is presented which applies novel NIDS methods based on machine learning to identify web applications and to ward off malicious inputs. The architecture addresses the entire process chain starting from the data transfer with HTTP via the analysis of manipulated web documents to the extraction and analysis of active contents. N2 - Intrusion Detection (Einbrucherkennung) ist ein Konzept aus dem Bereich der IT-Sicherheit. Netzwerk-Einbrucherkennungssysteme (NIDS) werden in Ergänzung zu präventiven Maßnahmen, wie z.B. Firewalls, eingesetzt um automatisiert Angriffe auf Computernetze und Endsysteme zu erkennen. Bedrohungen für die Netzsicherheit setzen sich oft aus verschiedenen Angriffsphasen zusammen, die gegen verschiedene Komponenten im Netz gerichtet sind. Während jeder Angriffsphase können an verschiedenen Punkten im Netz unterschiedliche sicherheitsrelevante Ereignisse beobachtet werden, die theoretisch in ein NIDS eingeleitet werden können. Das Sicherheits-Monitoring ist heutzutage jedoch im Wesentlichen auf den Uplink zum Internet beschränkt. In wenigen Fällen wird es auch innerhalb eines Netzes eingesetzt, aber die eingesetzten Analysemethoden haben nicht dieselbe Analysetiefe wie am Uplink. Darüber hinaus sind andere Netzbereiche, wie z.B. virtuelle Netze zwischen virtuellen Maschinen, bisher nicht abgedeckt. Das Ziel dieser Arbeit ist die Verbesserung der Angriffserkennung innerhalb lokaler Netze (LANs). Mit Blick auf den Bereich des Safety Engineering scheint es effizient diese Netze zunächst sorgfältig mit präventiven Maßnahmen zu sichern und nur für die verbleibenden Problemfälle reaktive Monitoring-Maßnahmen zu entwickeln. Dies beinhaltet verschiedene Probleme bei der Analyse un¬terschiedlicher Teile des TCP/IP Protokoll-Stacks. Der unterste Teil des Stacks muss auf Angriffe/Angriffsmethoden auf die Netztechnik, wie z.B. Switches und VM bridges, untersucht werden. Hierfür gibt es bisher keine zuverlässige Technologie. Auch wenn Angriffe auf die Schichten 2 bis 3 des Protokoll-Stacks in physischen Switches bis zu einem gewissen Grad eingeschränkt werden können, gibt es bisher keine vergleichbaren Technologien für virtuelle Netze und Software-Komponenten. Deshalb wird in dieser Dissertation ein software-defined-networking Ansatz vorgestellt, der sowohl physische, als auch virtuelle Netzinfrastrukturen schützt. Die mittleren/oberen Schichten des Protokoll-Stacks sind bereits zu einem großen Teil durch traditionelle NIDS geschützt. Stetig steigende Datenraten innerhalb der lokalen Netze führen jedoch oft zu einem unkontrollierten Verwerfen von Netzverkehr (mit einem entsprechenden Verlust der Analysegenauigkeit), der durch Überlastsituationen innerhalb der Monitoring-Stationen bedingt ist. Basierend auf einer detaillierten Leistungsanalyse typischer NIDS werden die Probleme und Flaschenhälse existierender Optimierungsansätze für die Beschleunigung der Analyse aufgezeigt und ein neuer Ansatz zur Parallelisierung der NIDS-Analysemethoden vorgestellt und evaluiert. Die Analyse der Anwendungsschicht wird zwar zu einem großen Teil durch klassische NIDS abgedeckt, aber der massive Einsatz von Web-Technologien erschwert die Analyse potenziell gefährlicher Anwendungsdaten. Um auch den Web-Bereich abzudecken wird eine neue Firewall-Architektur präsentiert, die basierend auf neuen NIDS-Analysemethoden mittels maschinellen Lernens Web-Anwendungen identifizieren und schadhafte Eingaben abwehren kann. Die Architektur adressiert die gesamte Prozesskette beginnend mit dem Datentransfer via HTTP, über die Analyse manipulierter Web-Dokumente, bis hin zur Extraktion und Analyse aktiver Inhalte. KW - Intrusion Detection Systems (NIDS) KW - Software-Defined Networking (SDN) KW - Parallel NIDS KW - Web Firewall (Web 2.0) KW - Machine Learning KW - Einbrucherkennungssysteme (IDS) KW - Software-definierte Netzwerke (SDN) KW - Web Firewall KW - Web 2.0 KW - Maschinelles Lernen KW - Eindringerkennung KW - Maschinelles Lernen KW - Software-defined networking KW - World Wide Web 2.0 KW - Firewall Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-44327 ER - TY - THES A1 - Vörtler, Thilo T1 - Verification of software for Contiki-based low-power embedded systems using software model checking T1 - Verifikation von Anwendungen für Contiki basierende low-power eingebettete Systeme mit Hilfe von Software Model Checking N2 - The main building blocks for the internet of things are connected embedded systems. Often these systems are also used in safety critical applications. Therefore, it is particularly important that these devices work according to their specification i.e. they behave as intended. Nowadays, even for simple devices embedded operating systems as Contiki are used to simplify application development and to increase portability between different hardware platforms. The main objective of this thesis is to present a methodology for the verification of software applications written for the operation system Contiki, taking the system hardware into account. Therefore, software model checking and especially bounded model checking [BCC⁺03] is used as a technique, which allows to formally verify software for embedded systems. For verifying the software against its specification, it is also necessary to build a model of the system hardware. Thereby, the difficulty is to create a model which is detailed enough to capture the hardware behavior so that the software performs correctly, while keeping the computation effort for the verification process manageable. In this work, the drivers which communicate with the hardware are therefore replaced with abstract models during the verification process. This enables the verification based on an abstract hardware platform independent of specific hardware. A special role within embedded systems play interrupts. Interrupts are used to save power and can also be used to react on external events. Current methods for verification of interrupt driven software are based on the interleaving model and partial order reduction to reduce the size of the verification problem. This thesis argues that this method is not sufficient for software, whose behavior relies on periodically occurring interrupts. Therefore, in this thesis, a new approach called periodic interrupt modeling is introduced. This approach can be applied automatically and reduces the number of incorrect verification results due to inaccurate modeling. In addition, properties can be proven that depend on the number of occurring interrupts. Using applications for the Contiki operating system, and based on a verification flow, the approaches toward interrupt modeling are compared. N2 - Vernetzte eingebettete Systeme bilden die Grundlage für das Internet of Things (IoT). Sie arbeiten häufig autark und in sicherheitskritischen Bereichen. Deshalb ist es wichtig sicherzustellen, dass die Systeme sich korrekt, also gemäß ihrer Spezifikation, verhalten. Zur Erstellung von Software für solche Systeme werden Betriebssysteme wie Contiki verwendet, welche die Programmierung von Anwendungen vereinfachen und die Portabilität zwischen verschiedenen Hardware-Plattformen ermöglichen. In dieser Dissertation wird eine Methodik zur Verifikation von Software-Anwendungen, unter Berücksichtigung der Hardwareumgebung, für eingebettete Systeme anhand des Betriebssystems Contiki vorgestellt. Es wird die Technik des Software Model Checking [CGP00] - und dabei insbesondere Bounded Model Checking [BCC⁺03] - verwendet, welche es ermöglicht die Software eines eingebetteten Systems formal zu verifizieren. Um die Verifikation durchzuführen, muss auch die Hardware des Systems modelliert werden. Die Herausforderung hierbei ist es, die Interaktionen der Software mit der Hardware hinreichend genau abzubilden und gleichzeitig den Aufwand für die Verifikation hinsichtlich des benötigten Rechenaufwands beherrschbar zu halten. In dieser Arbeit wird deshalb ein Ansatz verwendet, der die Treiber, die auf die Hardware zu- greifen durch Softwaremodelle für die Verifikation ersetzt. Dies ermöglicht es Anwendungen für Contiki mit Hilfe einer abstrakten Verifikationsumgebung zu überprüfen. Ein besonderer Aspekt bei eingebetteten Systemen ist die Verwendung von Interrupts, welche es ermöglichen Energie, einzusparen und auf externe Ereignisse zu reagieren. In bisherigen Ansätzen zur Verifikation werden Interrupts mit dem Interleaving Modell modelliert und das Verifikationsproblem mit Hilfe von Partial Order Reduction [CGP00, BK08] reduziert. Diese Arbeit zeigt, dass dieser Ansatz für die Verifikation von Anwendungen, welche periodische Interrupts verwenden, nicht ausreichend ist. Deshalb wird mit Periodic Interrupt Modelling ein neuer Ansatz zur Modellierung von Interrupts vorgestellt. Dieser Ansatz kann automatisiert angewendet werden und verringert die Anzahl von falschen Verifikationsergebnissen aufgrund ungenauer Modellierung. Zusätzlich ist es möglich Eigenschaften zu überprüfen, die von der Häufigkeit von Interrupt-Aufrufen abhängen. Anhand des in der Arbeit entwickelten Verifikationsablaufs werden Beispielprogramme für Contiki untersucht und die Ansätze zur Interruptmodellierung verglichen. KW - Embedded Systems KW - Interrupts KW - Model Checking KW - Contiki KW - Software KW - Contiki KW - Eingebettete Systeme KW - Unterbrechungen KW - Modellprüfung KW - Software KW - Eingebettetes System KW - Interrupt KW - Bounded Model Checking KW - Software Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-44080 ER - TY - CHAP A1 - Ascheid, Gerd A1 - Wang, Gaojian A1 - Birke, Sebastian A1 - Wehn, Norbert A1 - Herrmann, Matthias A1 - Wang, Yanlu A1 - Hanay, Oner A1 - Bayram, Erkan A1 - Negra, Renato T1 - LP100 : optimization of 100 Gb/s short range wireless transceivers under processing energy constraints T1 - LP100 : Optimierung eines 100-Gb/s-Kurzreichweiten-Funk-Transceivers unter Prozess-Energie-Bedingungen T2 - Wireless 100 Gbps and beyond : architectures, approaches and findings of German Research Foundation (DFG) Priority Programme SPP1655 N2 - In 2012 a group of researchers proposed a basic research initiative to the German Research Foundation (DFG) as a special priority project (SPP) with the name: Wireless 100 Gbps and beyond. The main goal of this initiative was the investigation of architectures, technologies and methods to go well beyond the state of the art. The target of 100 Gbps was set far away from the (at that time) achievable 1 Gbps such that it was not possible to achieve promising results just by tuning some parameters. We wanted to find breakthrough solutions. When we started the work on the proposal we discussed the challenges to be addressed in order to advancing the wireless communication speed significantly. Having the fundamental Shannon boundary in mind we discussed how to achieve the 100 Gbps speed. N2 - Angesichts der rapiden Entwicklung der Funkkommunikation hat die Deutsche Forschungsgemeinschaft im Jahr 2012 ein Schwerpunktprogramm mit dem Titel "Wireless 100 Gbps and beyound" (dt.: Drahtloskommunikation mit 100 Gbps und mehr) gestartet. Diese Initiative zielte auf neue Lösungen, Methoden und neues Wissen zur Lösung des Problems des kontinuierlichen Bedarfs an immer höheren Datenraten im Bereich der Funkkommunikation. Eine international besetze Jury hat etliche Projektvorschläge evaluiert, aus denen 11 Projekte ausgewählt und über zweimal 3 Jahre von Mitte 2013 bis Mitte 2019 gefördert wurden. Das vorliegende Buch versammelt die Ansätze, Architekturen und Erkenntnisse der Projekte. Es überspannt einen breiten Themenbereich, angefangen mit speziellen Fragen der physikalischen Übertragung, des Antennendesigns und der HF-Eingangs-Architekturen für unterschiedliche Frequenzbereiche bis 240 GHz. Darüber hinaus beschreibt das Buch Ansätze für Ultra-Hochgeschwindigkeits-Funksysteme, deren Basisbandverarbeitung, Kodierung sowie mögliche Umsetzungen. Nicht zuletzt wurden auch Fragen des Protokolldesigns behandelt, um eine enge Integration in moderne Computersysteme zu erleichtern. KW - 100 Gbps KW - Wireless KW - Drahtlos KW - Short range wireless transceiver KW - Kurzreichweiten-Funk-Transceiver KW - Drahtloses Sensorsystem KW - Hochfrequenztechnik KW - Antenne KW - Terahertzbereich KW - Energieffizienz Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.26127/BTUOpen-5906 SP - 1 EP - 35 ER - TY - CHAP A1 - Steeg, Matthias A1 - Tebart, Jonas A1 - Dülme, Sebastian A1 - Stöhr, Andreas A1 - Exner, Florian A1 - Czylwik, Andreas A1 - Alissa, Mai A1 - Kaiser, Thomas T1 - Tera50+ : sub-mm-wave 100 Gbit/s fiber-wireless transmission system T1 - Tera50+ : Sub-mm-Wellen-100-Gbit/s-Glasfaser-Funk-Übertragungssystem T2 - Wireless 100 Gbps and beyond : architectures, approaches and findings of German Research Foundation (DFG) Priority Programme SPP1655 N2 - In 2012 a group of researchers proposed a basic research initiative to the German Research Foundation (DFG) as a special priority project (SPP) with the name: Wireless 100 Gbps and beyond. The main goal of this initiative was the investigation of architectures, technologies and methods to go well beyond the state of the art. The target of 100 Gbps was set far away from the (at that time) achievable 1 Gbps such that it was not possible to achieve promising results just by tuning some parameters. We wanted to find breakthrough solutions. When we started the work on the proposal we discussed the challenges to be addressed in order to advancing the wireless communication speed significantly. Having the fundamental Shannon boundary in mind we discussed how to achieve the 100 Gbps speed. N2 - Angesichts der rapiden Entwicklung der Funkkommunikation hat die Deutsche Forschungsgemeinschaft im Jahr 2012 ein Schwerpunktprogramm mit dem Titel "Wireless 100 Gbps and beyound" (dt.: Drahtloskommunikation mit 100 Gbps und mehr) gestartet. Diese Initiative zielte auf neue Lösungen, Methoden und neues Wissen zur Lösung des Problems des kontinuierlichen Bedarfs an immer höheren Datenraten im Bereich der Funkkommunikation. Eine international besetze Jury hat etliche Projektvorschläge evaluiert, aus denen 11 Projekte ausgewählt und über zweimal 3 Jahre von Mitte 2013 bis Mitte 2019 gefördert wurden. Das vorliegende Buch versammelt die Ansätze, Architekturen und Erkenntnisse der Projekte. Es überspannt einen breiten Themenbereich, angefangen mit speziellen Fragen der physikalischen Übertragung, des Antennendesigns und der HF-Eingangs-Architekturen für unterschiedliche Frequenzbereiche bis 240 GHz. Darüber hinaus beschreibt das Buch Ansätze für Ultra-Hochgeschwindigkeits-Funksysteme, deren Basisbandverarbeitung, Kodierung sowie mögliche Umsetzungen. Nicht zuletzt wurden auch Fragen des Protokolldesigns behandelt, um eine enge Integration in moderne Computersysteme zu erleichtern. KW - 100 Gbps KW - Wireless KW - Drahtlos KW - Tera50+ KW - Fiber-wireless transmission system KW - Glasfaser-Funk-Übertragungssystem KW - Drahtloses Sensorsystem KW - Hochfrequenztechnik KW - Antenne KW - Terahertzbereich KW - Energieffizienz Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.26127/BTUOpen-5909 SP - 75 EP - 108 ER - TY - CHAP A1 - Deutschmann, Björn A1 - Giese, Malte A1 - Jacob, Arne F. A1 - Lofti, Nima A1 - Gerfers, Friedel A1 - Vehring, Sönke A1 - Böck, Georg T1 - PolyData/DataRace : polymer-integrated CMOS-based high-speed communication systems at W-band T1 - PolyData/DataRace : ein Polymer-integriertes CMOS-basiertes Hochgeschwindigkeits-Kommunikations-System im W-Band T2 - Wireless 100 Gbps and beyond : architectures, approaches and findings of German Research Foundation (DFG) Priority Programme SPP1655 N2 - In 2012 a group of researchers proposed a basic research initiative to the German Research Foundation (DFG) as a special priority project (SPP) with the name: Wireless 100 Gbps and beyond. The main goal of this initiative was the investigation of architectures, technologies and methods to go well beyond the state of the art. The target of 100 Gbps was set far away from the (at that time) achievable 1 Gbps such that it was not possible to achieve promising results just by tuning some parameters. We wanted to find breakthrough solutions. When we started the work on the proposal we discussed the challenges to be addressed in order to advancing the wireless communication speed significantly. Having the fundamental Shannon boundary in mind we discussed how to achieve the 100 Gbps speed. N2 - Angesichts der rapiden Entwicklung der Funkkommunikation hat die Deutsche Forschungsgemeinschaft im Jahr 2012 ein Schwerpunktprogramm mit dem Titel "Wireless 100 Gbps and beyound" (dt.: Drahtloskommunikation mit 100 Gbps und mehr) gestartet. Diese Initiative zielte auf neue Lösungen, Methoden und neues Wissen zur Lösung des Problems des kontinuierlichen Bedarfs an immer höheren Datenraten im Bereich der Funkkommunikation. Eine international besetze Jury hat etliche Projektvorschläge evaluiert, aus denen 11 Projekte ausgewählt und über zweimal 3 Jahre von Mitte 2013 bis Mitte 2019 gefördert wurden. Das vorliegende Buch versammelt die Ansätze, Architekturen und Erkenntnisse der Projekte. Es überspannt einen breiten Themenbereich, angefangen mit speziellen Fragen der physikalischen Übertragung, des Antennendesigns und der HF-Eingangs-Architekturen für unterschiedliche Frequenzbereiche bis 240 GHz. Darüber hinaus beschreibt das Buch Ansätze für Ultra-Hochgeschwindigkeits-Funksysteme, deren Basisbandverarbeitung, Kodierung sowie mögliche Umsetzungen. Nicht zuletzt wurden auch Fragen des Protokolldesigns behandelt, um eine enge Integration in moderne Computersysteme zu erleichtern. KW - 100 Gbps KW - Wireless KW - Drahtlos KW - PolyData KW - DataRace KW - W-band KW - W-Band KW - Drahtloses Sensorsystem KW - Hochfrequenztechnik KW - Antenne KW - Terahertzbereich KW - Energieffizienz Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.26127/BTUOpen-5917 SP - 397 EP - 444 ER - TY - CHAP A1 - Bhutani, A. A1 - Boes, F. A1 - Goettel, B. A1 - Schaefer, J. A1 - Eisenbeis, J. A1 - Zwick, T. A1 - Malz, Stefan A1 - Rodriguez Vazquez, Pedro A1 - Grzyb, Janusz A1 - Pfeiffer, Ulrich T1 - Real100G.RF : a fully integrated, multi-purpose radio front-end for wireless 100 Gbps T1 - Real100G.RF : eine vollständig integrierte, vielseitig anwendbare Funkeingangsstufe für Funk bei 100 Gbps T2 - Wireless 100 Gbps and beyond : architectures, approaches and findings of German Research Foundation (DFG) Priority Programme SPP1655 N2 - In 2012 a group of researchers proposed a basic research initiative to the German Research Foundation (DFG) as a special priority project (SPP) with the name: Wireless 100 Gbps and beyond. The main goal of this initiative was the investigation of architectures, technologies and methods to go well beyond the state of the art. The target of 100 Gbps was set far away from the (at that time) achievable 1 Gbps such that it was not possible to achieve promising results just by tuning some parameters. We wanted to find breakthrough solutions. When we started the work on the proposal we discussed the challenges to be addressed in order to advancing the wireless communication speed significantly. Having the fundamental Shannon boundary in mind we discussed how to achieve the 100 Gbps speed. N2 - Angesichts der rapiden Entwicklung der Funkkommunikation hat die Deutsche Forschungsgemeinschaft im Jahr 2012 ein Schwerpunktprogramm mit dem Titel "Wireless 100 Gbps and beyound" (dt.: Drahtloskommunikation mit 100 Gbps und mehr) gestartet. Diese Initiative zielte auf neue Lösungen, Methoden und neues Wissen zur Lösung des Problems des kontinuierlichen Bedarfs an immer höheren Datenraten im Bereich der Funkkommunikation. Eine international besetze Jury hat etliche Projektvorschläge evaluiert, aus denen 11 Projekte ausgewählt und über zweimal 3 Jahre von Mitte 2013 bis Mitte 2019 gefördert wurden. Das vorliegende Buch versammelt die Ansätze, Architekturen und Erkenntnisse der Projekte. Es überspannt einen breiten Themenbereich, angefangen mit speziellen Fragen der physikalischen Übertragung, des Antennendesigns und der HF-Eingangs-Architekturen für unterschiedliche Frequenzbereiche bis 240 GHz. Darüber hinaus beschreibt das Buch Ansätze für Ultra-Hochgeschwindigkeits-Funksysteme, deren Basisbandverarbeitung, Kodierung sowie mögliche Umsetzungen. Nicht zuletzt wurden auch Fragen des Protokolldesigns behandelt, um eine enge Integration in moderne Computersysteme zu erleichtern. KW - 100 Gbps KW - Wireless KW - Drahtlos KW - Real100G.RF KW - Fully integrated KW - Multi-purpose radio front-end KW - Vollständig integriert KW - Vielseitig anwendbare Funkeingangsstufe KW - Drahtloses Sensorsystem KW - Hochfrequenztechnik KW - Antenne KW - Terahertzbereich KW - Energieffizienz Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.26127/BTUOpen-5915 SP - 295 EP - 354 ER - TY - CHAP A1 - Büchner, Steffen A1 - Nolte, Jörg A1 - Hasani, Alireza A1 - Kraemer, Rolf A1 - Lopacinsiki, Lukasz T1 - End2End100 : communication protocol processing for ultra high data rates T1 - End2End100 : Kommunikations-Protokoll–Prozessierung für ultrahohe Datenraten T2 - Wireless 100 Gbps and beyond : architectures, approaches and findings of German Research Foundation (DFG) Priority Programme SPP1655 N2 - In 2012 a group of researchers proposed a basic research initiative to the German Research Foundation (DFG) as a special priority project (SPP) with the name: Wireless 100 Gbps and beyond. The main goal of this initiative was the investigation of architectures, technologies and methods to go well beyond the state of the art. The target of 100 Gbps was set far away from the (at that time) achievable 1 Gbps such that it was not possible to achieve promising results just by tuning some parameters. We wanted to find breakthrough solutions. When we started the work on the proposal we discussed the challenges to be addressed in order to advancing the wireless communication speed significantly. Having the fundamental Shannon boundary in mind we discussed how to achieve the 100 Gbps speed. N2 - Angesichts der rapiden Entwicklung der Funkkommunikation hat die Deutsche Forschungsgemeinschaft im Jahr 2012 ein Schwerpunktprogramm mit dem Titel "Wireless 100 Gbps and beyound" (dt.: Drahtloskommunikation mit 100 Gbps und mehr) gestartet. Diese Initiative zielte auf neue Lösungen, Methoden und neues Wissen zur Lösung des Problems des kontinuierlichen Bedarfs an immer höheren Datenraten im Bereich der Funkkommunikation. Eine international besetze Jury hat etliche Projektvorschläge evaluiert, aus denen 11 Projekte ausgewählt und über zweimal 3 Jahre von Mitte 2013 bis Mitte 2019 gefördert wurden. Das vorliegende Buch versammelt die Ansätze, Architekturen und Erkenntnisse der Projekte. Es überspannt einen breiten Themenbereich, angefangen mit speziellen Fragen der physikalischen Übertragung, des Antennendesigns und der HF-Eingangs-Architekturen für unterschiedliche Frequenzbereiche bis 240 GHz. Darüber hinaus beschreibt das Buch Ansätze für Ultra-Hochgeschwindigkeits-Funksysteme, deren Basisbandverarbeitung, Kodierung sowie mögliche Umsetzungen. Nicht zuletzt wurden auch Fragen des Protokolldesigns behandelt, um eine enge Integration in moderne Computersysteme zu erleichtern. KW - 100 Gbps KW - Wireless KW - Drahtlos KW - End2End100 KW - Communication protocol processing KW - Kommunikations-Protokoll–Prozessierung KW - Drahtloses Sensorsystem KW - Hochfrequenztechnik KW - Antenne KW - Terahertzbereich KW - Energieffizienz Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.26127/BTUOpen-5916 SP - 359 EP - 396 ER - TY - CHAP A1 - Johannsen, Nils L. A1 - Hoeher, Peter A. A1 - Peitzmeier, Nikolai A1 - Manteuffel, Dirk T1 - M4 : multi-mode massive MIMO T1 - M4 : Multi-Mode-massiv-MIMO T2 - Wireless 100 Gbps and beyond : architectures, approaches and findings of German Research Foundation (DFG) Priority Programme SPP1655 N2 - In 2012 a group of researchers proposed a basic research initiative to the German Research Foundation (DFG) as a special priority project (SPP) with the name: Wireless 100 Gbps and beyond. The main goal of this initiative was the investigation of architectures, technologies and methods to go well beyond the state of the art. The target of 100 Gbps was set far away from the (at that time) achievable 1 Gbps such that it was not possible to achieve promising results just by tuning some parameters. We wanted to find breakthrough solutions. When we started the work on the proposal we discussed the challenges to be addressed in order to advancing the wireless communication speed significantly. Having the fundamental Shannon boundary in mind we discussed how to achieve the 100 Gbps speed. N2 - Angesichts der rapiden Entwicklung der Funkkommunikation hat die Deutsche Forschungsgemeinschaft im Jahr 2012 ein Schwerpunktprogramm mit dem Titel "Wireless 100 Gbps and beyound" (dt.: Drahtloskommunikation mit 100 Gbps und mehr) gestartet. Diese Initiative zielte auf neue Lösungen, Methoden und neues Wissen zur Lösung des Problems des kontinuierlichen Bedarfs an immer höheren Datenraten im Bereich der Funkkommunikation. Eine international besetze Jury hat etliche Projektvorschläge evaluiert, aus denen 11 Projekte ausgewählt und über zweimal 3 Jahre von Mitte 2013 bis Mitte 2019 gefördert wurden. Das vorliegende Buch versammelt die Ansätze, Architekturen und Erkenntnisse der Projekte. Es überspannt einen breiten Themenbereich, angefangen mit speziellen Fragen der physikalischen Übertragung, des Antennendesigns und der HF-Eingangs-Architekturen für unterschiedliche Frequenzbereiche bis 240 GHz. Darüber hinaus beschreibt das Buch Ansätze für Ultra-Hochgeschwindigkeits-Funksysteme, deren Basisbandverarbeitung, Kodierung sowie mögliche Umsetzungen. Nicht zuletzt wurden auch Fragen des Protokolldesigns behandelt, um eine enge Integration in moderne Computersysteme zu erleichtern. KW - 100 Gbps KW - Wireless KW - Drahtlos KW - M4 KW - Multi-mode massive MIMO KW - Multi-Mode-massiv-MIMO KW - Drahtloses Sensorsystem KW - Hochfrequenztechnik KW - Antenne KW - Terahertzbereich KW - Energieffizienz Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.26127/BTUOpen-5912 SP - 167 EP - 212 ER - TY - CHAP A1 - Scheytt, J. Christoph A1 - Javed, Abdul Rehman A1 - Bhutani, Akanksha A1 - Zwick, Thomas A1 - Kallfass, Ingmar A1 - Bamidi, Eswara Rao A1 - Krishnegowda, Karthik A1 - Kraemer, Rolf T1 - Real100G : ultrabroadband wireless communication at high mm-wave frequencies T1 - Real100G : Ultrabreitband-drahtlos-Kommunikation im hohen Mm-Wellen-Bereich T2 - Wireless 100 Gbps and beyond : architectures, approaches and findings of German Research Foundation (DFG) Priority Programme SPP1655 N2 - In 2012 a group of researchers proposed a basic research initiative to the German Research Foundation (DFG) as a special priority project (SPP) with the name: Wireless 100 Gbps and beyond. The main goal of this initiative was the investigation of architectures, technologies and methods to go well beyond the state of the art. The target of 100 Gbps was set far away from the (at that time) achievable 1 Gbps such that it was not possible to achieve promising results just by tuning some parameters. We wanted to find breakthrough solutions. When we started the work on the proposal we discussed the challenges to be addressed in order to advancing the wireless communication speed significantly. Having the fundamental Shannon boundary in mind we discussed how to achieve the 100 Gbps speed. N2 - Angesichts der rapiden Entwicklung der Funkkommunikation hat die Deutsche Forschungsgemeinschaft im Jahr 2012 ein Schwerpunktprogramm mit dem Titel "Wireless 100 Gbps and beyound" (dt.: Drahtloskommunikation mit 100 Gbps und mehr) gestartet. Diese Initiative zielte auf neue Lösungen, Methoden und neues Wissen zur Lösung des Problems des kontinuierlichen Bedarfs an immer höheren Datenraten im Bereich der Funkkommunikation. Eine international besetze Jury hat etliche Projektvorschläge evaluiert, aus denen 11 Projekte ausgewählt und über zweimal 3 Jahre von Mitte 2013 bis Mitte 2019 gefördert wurden. Das vorliegende Buch versammelt die Ansätze, Architekturen und Erkenntnisse der Projekte. Es überspannt einen breiten Themenbereich, angefangen mit speziellen Fragen der physikalischen Übertragung, des Antennendesigns und der HF-Eingangs-Architekturen für unterschiedliche Frequenzbereiche bis 240 GHz. Darüber hinaus beschreibt das Buch Ansätze für Ultra-Hochgeschwindigkeits-Funksysteme, deren Basisbandverarbeitung, Kodierung sowie mögliche Umsetzungen. Nicht zuletzt wurden auch Fragen des Protokolldesigns behandelt, um eine enge Integration in moderne Computersysteme zu erleichtern. KW - 100 Gbps KW - Wireless KW - Drahtlos KW - Real100G KW - Ultrabroadband wireless communication KW - Ultrabreitband-drahtlos-Kommunikation KW - Drahtloses Sensorsystem KW - Hochfrequenztechnik KW - Antenne KW - Terahertzbereich KW - Energieffizienz Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.26127/BTUOpen-5913 SP - 213 EP - 230 ER - TY - CHAP A1 - Testa, Paolo Valerio A1 - Carta, Corrado A1 - Ellinger, Frank A1 - Klein, Bernhard A1 - Hahnel, Ronny A1 - Plettemeier, Dirk T1 - DAAB : on-chip integrated distributed amplifier and antenna systems in locally-backside-etched SiGe BiCMOS for receivers with ultra-large bandwidth T1 - DAAB : on-Chip-integrierte verteilte Verstärker- und Antennen-Systeme mit Lokaler-Rückseiten-Ätztechnologie SiGe BiCMOS für Empfänger mit ultrabreiter Bandbreite T2 - Wireless 100 Gbps and beyond : architectures, approaches and findings of German Research Foundation (DFG) Priority Programme SPP1655 N2 - In 2012 a group of researchers proposed a basic research initiative to the German Research Foundation (DFG) as a special priority project (SPP) with the name: Wireless 100 Gbps and beyond. The main goal of this initiative was the investigation of architectures, technologies and methods to go well beyond the state of the art. The target of 100 Gbps was set far away from the (at that time) achievable 1 Gbps such that it was not possible to achieve promising results just by tuning some parameters. We wanted to find breakthrough solutions. When we started the work on the proposal we discussed the challenges to be addressed in order to advancing the wireless communication speed significantly. Having the fundamental Shannon boundary in mind we discussed how to achieve the 100 Gbps speed. N2 - Angesichts der rapiden Entwicklung der Funkkommunikation hat die Deutsche Forschungsgemeinschaft im Jahr 2012 ein Schwerpunktprogramm mit dem Titel "Wireless 100 Gbps and beyound" (dt.: Drahtloskommunikation mit 100 Gbps und mehr) gestartet. Diese Initiative zielte auf neue Lösungen, Methoden und neues Wissen zur Lösung des Problems des kontinuierlichen Bedarfs an immer höheren Datenraten im Bereich der Funkkommunikation. Eine international besetze Jury hat etliche Projektvorschläge evaluiert, aus denen 11 Projekte ausgewählt und über zweimal 3 Jahre von Mitte 2013 bis Mitte 2019 gefördert wurden. Das vorliegende Buch versammelt die Ansätze, Architekturen und Erkenntnisse der Projekte. Es überspannt einen breiten Themenbereich, angefangen mit speziellen Fragen der physikalischen Übertragung, des Antennendesigns und der HF-Eingangs-Architekturen für unterschiedliche Frequenzbereiche bis 240 GHz. Darüber hinaus beschreibt das Buch Ansätze für Ultra-Hochgeschwindigkeits-Funksysteme, deren Basisbandverarbeitung, Kodierung sowie mögliche Umsetzungen. Nicht zuletzt wurden auch Fragen des Protokolldesigns behandelt, um eine enge Integration in moderne Computersysteme zu erleichtern. KW - 100 Gbps KW - Wireless KW - Drahtlos KW - DAAB KW - Drahtloses Sensorsystem KW - Hochfrequenztechnik KW - Antenne KW - Terahertzbereich KW - Energieffizienz Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.26127/BTUOpen-5910 SP - 109 EP - 138 ER - TY - THES A1 - Liu, Ke T1 - Parallel constraint solving for combinatorial problems T1 - Paralleles Constraint Solving für kombinatorische Probleme N2 - With parallelism becoming the standard in computer design, research on parallel constraint solving technique is of vital importance for enhancing the performance of constraint solving. In this dissertation, we reviewed the literature on exploiting parallelism in constraint solving to help gain insight into the rationale of different types of parallel constraint solving approaches. On this basis, we analyzed the effectiveness of parallel constraint solving, with the focus on obtaining a first solution when solving computationally hard combinatorial problems. We have shown that a well-designed search space splitting method and constraint programming model can enable the embarrassingly parallel search (EPS) to solve some open instances of the social golfer problem that have not been solved by a sequential algorithm. We also observed superlinear speedups when solving these instances, which confirms our theoretical analysis. Besides, we examined two practical constraint optimization problems, including the traveling tournament problem with predefined venues and the talent scheduling problem. Our proposed constraint models outperformed the existing models on the same instances, and the EPS approach could always attain better feasible solutions in terms of the optimal objective value by using more parallel processors. To explore the use of massively parallel processing, we proposed the parallel stochastic portfolio search, which is a simple and non-intrusive way to parallelize different incarnations of a sequential solver. When comparing the existing portfolio to our portfolio approach by solving the same constraint satisfaction problems using the same constraint models, our technique could solve harder and larger instances. The successes of our new parallel approaches are attributed to early diversity; i.e., some diversity early in the search introduced by parallelism can offset early mistakes caused by weak heuristic choices. Unlike the other techniques (e.g., limited discrepancy search) used to overcome early mistakes, the studied two parallel constraint solving approaches not only can explore more nodes simultaneously but also does not sacrifice the guarantee of completeness. We also presented a hypertree decomposition method that builds a degenerate decomposition tree for a given constraint network, in which each node of the decomposition tree possesses and executes a subset of constraints of the given constraint network. The usefulness of our proposed parallel techniquedepends on whether we can find an efficient way to join the results of each node. N2 - Da Parallelität zum Standard im Computerdesign geworden ist, ist die Erforschung paralleler Constraint-Solving-Techniken von entscheidender Bedeutung, um die Leistung des Constraint-Solving zu verbessern. In dieser Dissertation wurde die Literatur zur Ausnutzung der Parallelität bei der Lösung von Nebenbedingungen durchgesehen, um einen Einblick in die Gründe für die verschiedenen Arten von parallelen Lösungsansätzen für Nebenbedingungen zu erhalten. Auf dieser Grundlage haben wir die Effektivität des parallelen Lösens von Nebenbedingungen analysiert, wobei der Schwerpunkt auf der Erlangung einer ersten Lösung beim Lösen rechenintensiver kombinatorischer Probleme lag. Wir haben gezeigt, dass eine gut konzipierte Suchraumaufteilungsmethode und ein Constraint-Programmiermodell die peinlich parallele Suche (EPS) in die Lage versetzen kann, einige offene Instanzen des sozialen Golferproblems zu lösen, die von einem sequentiellen Algorithmus nicht gelöst werden konnten. Wir beobachteten auch superlineare Beschleunigungen beim Lösen dieser Instanzen, was unsere theoretische Analyse bestätigt. Außerdem untersuchten wir zwei praktische Constraint-Optimierungsprobleme, darunter das Traveling-Turnier-Problem mit vordefinierten Austragungsorten und das Talentplanungsproblem. Die von uns vorgeschlagenen Constraint-Modelle übertrafen die bestehenden Modelle bei denselben Instanzen, und der EPS-Ansatz konnte durch die Verwendung von mehr parallelen Prozessoren immer bessere machbare Lösungen in Bezug auf den optimalen Zielwert erzielen. Um die Verwendung von massiv paralleler Verarbeitung zu erforschen, haben wir die parallele stochastische Portfoliosuche vorgeschlagen, die eine einfache und nicht-intrusive Methode zur Parallelisierung verschiedener Inkarnationen eines sequentiellen Solvers ist. Beim Vergleich des existierenden Portfolios mit unserem Portfolio-Ansatz durch Lösen der gleichen Constraint-Satisfaction-Probleme unter Verwendung der gleichen Constraint-Modelle konnte unsere Technik schwierigere und größere Instanzen lösen. Die Erfolge unserer neuen parallelen Ansätze werden auf die frühe Diversität zurückgeführt, d. h. eine gewisse Diversität zu Beginn der Suche, die durch die Parallelität eingeführt wird, kann frühe Fehler ausgleichen, die durch schwache heuristische Entscheidungen verursacht werden. Im Gegensatz zu anderen Techniken (z. B. begrenzte Diskrepanzsuche), die zur Überwindung früher Fehler verwendet werden, können die beiden untersuchten parallelen Ansätze zum Lösen von Beschränkungen nicht nur mehr Knoten gleichzeitig untersuchen, sondern opfern auch nicht die Garantie der Vollständigkeit. Wir haben auch eine Hypertree-Dekompositionsmethode vorgestellt, die einen degenerierten Dekompositionsbaum für ein gegebenes Constraint-Netzwerk aufbaut, bei dem jeder Knoten des Dekompositionsbaums eine Teilmenge von Constraints des gegebenen Constraint-Netzwerks besitzt und ausführt. Die Nützlichkeit der von uns vorgeschlagenen parallelen Technik hängt davon ab, ob wir einen effizienten Weg finden können, die Ergebnisse der einzelnen Knoten zu verbinden. KW - Parallel constraint solving KW - Parallel computing KW - Constraint programing KW - Constraint-Programmierung KW - Lösen von Zwangsbedingungen KW - Paralleles Rechnen KW - SGP KW - Constraint-Programmierung KW - Parallelverarbeitung Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-53999 ER -