Informatik (B. Sc.)
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Real-time rendering of real world terrain states a popular field of research of the recent decades. Real world terrain is represented by highly detailed data sets. Therefore, it is crucial to use methods and algorithms that create simplified terrain meshes out of this data. As a result, steadily new approaches and techniques are developed, to render terrain efficiently with a high degree of detail, while trying to use the most of the current hardware’s performance.
The goal of this thesis is to develop an off-screen terrain renderer using Vulkan as graphics API and real world data sets, as height maps and satellite images. Additionally, the developed terrain render is supposed to be executed on selected embedded devices, while still delivering high framerates.
In order to achieve this goal, necessary basic terminology and concepts of terrain rendering are dealt with. An important part of these concepts are performance optimizations, as level of detail and culling methods.
Furthermore, Vulkan as graphics API will be introduced and compared with its predecessor OpenGL. For a technical understanding of Vulkan it is crucial to look at its render pipeline and basic rendering concepts.
After several rendering methods are analyzed, based on them the design of this thesis’s renderer is examined, while the most important parts of its implementation are looked at closer by analyzing their code snippets.
The main part of this thesis is completed, by analyzing benchmarks of different scenarios to see how the developed terrain render behaves in different situations. These benchmarks include the frames per second, and statistics of the device’s hardware components, as CPU load, GPU load, memory usage and memory throughput.
The thesis ends, with a summary and general conclusion of the work. Possible future work includes optimizing the usage of embedded devices’ unified memory, testing of texture compression methods for an optimized memory usage or a comparison of an OpenGL version of the developed renderer by comparing benchmark results of the same scenarios.
Da die Erfüllung bestimmter Modelleigenschaften und formeller Anforderungen entscheidend für den Erfolg von Softwareprojekten ist, führt dies zu einer klaren Motivation für die Entwicklung eines Werkzeuges, welche die Prüfung von Modelleigenschaften rationalisiert und beschleunigt. Diese Arbeit widmet sich dem Design und der Implementierung eines Plugins für Visual Paradigm, das die automatisierte formale Prüfung von der Erreichbarkeit der Zustände eines UML-Zustandsdiagramms ermöglicht. Das Plugin setzt sich aus dem Auslesen der Diagrammelemente, deren Übersetzung in das SMTLIB-Format und schlussendlich der Prüfung mithilfe des Z3-Solvers zusammen. Für die Evaluation des Plugins wurde eine Interviewstudie durchgeführt. Diese ergab, dass die korrekte Nutzung von Werkzeugen zur automatisierten Prüfung, zu einer signifikanten Reduzierung der benötigten Zeit und zur Verringerung der menschlichen Fehlerquote bei Erreichbarkeitsanalysen führt. Dies zeigt, dass die korrekte Nutzung des Plugins wahrscheinlich ebenso dieselben Ergebnisse vorweisen könnte.
Als Betreibergesellschaft eines der wichtigsten Flughäfen Europas muss Flughafen München GmbH stets daran arbeiten, ihre Systeme auf dem technisch aktuellsten Stand zu halten. Aktueller Teil dieser Bemühungen ist die konzernweite Einführung eines auf Microsoft 365 aufbauenden cloudbasierten Standardarbeitsplatzes. Diese Arbeit begleitet dieses Programm und hebt dabei mehrere Aspekte hervor, in denen es ein Vorreiter für die Modernisierung des Konzerns ist. Sie kommt dabei zu dem Schluss, dass in mehrerlei Hinsicht positive Grundlagen für eine weitergehende Entwicklung geschaffen wurden. Vor allem im Bezug auf die Strategie, mit der diese Entwicklung an die Belegschaft kommuniziert wird, findet diese Arbeit jedoch Defizite, die hauptsächlich aufgrund zu spät eingeräumter managementseitiger Aufmerksamkeit für dieses Thema entstanden sind.
Context: Software tools integral to the testing process of automotive software must provide evidence that they are functioning as intended. The safety standard ISO 26262 outlines methods for qualifying these tools; the scope of the thesis lies in Method 1c tool qualification. Ensuring compliance has the potential to create bottlenecks in the tool vendor’s development process.
Objectives: This thesis aims to reduce the qualification effort by integrating automation techniques such as continuous practices while complying with ISO 26262 requirements. Therefore, a concept was developed consisting of widely used components to enable its applicability not only to the tool under investigation but also to related tools.
Methods: An internal study was undertaken to investigate TEST-GUIDE, the software tool targeted to the application of the proposed concept. Regarding development, the chosen components are based on the analysis of acknowledged surveys published in 2023. To explore additional automation degrees feasible in tool qualification, a taxonomy is presented.
Results: The developed concept was successfully applied to one feature of TEST-GUIDE, leading to a tool qualification report that represents the validation results. At the same time, room for optimization is identified concerning the qualification of multiple features.
Conclusions: This thesis presents an automated approach to encountering bottlenecks that occur during tool qualification. Additionally, the taxonomy serves as guidance to derive novel concepts according to a desired automation degree in this domain.
Keywords: ISO 26262, Continuous Practices, Tool Qualification, Automation, Taxonomy
Die vorliegende Bachelorarbeit dokumentiert die Entwicklung einer Webapplikation zur Optimierung des Bestellprozesses für Arbeitskleidung im FORVIA-Werk Neuburg. Angesichts der ineffizienten und fehleranfälligen papierbasierten Bestellmethode, die das Unternehmen zweimal jährlich durchführt, wurde ein digitalisierter Ansatz entwickelt, um den Prozess zu modernisieren und die Produktivität signifikant zu steigern. Das Hauptziel dieser Arbeit war es, eine hochwertige und benutzerzentrierte Webanwendung zu konzipieren und zu entwickeln, welche die Bedürfnisse der Mitarbeiter berücksichtigt und unabhängig von deren Deutschkenntnissen intuitiv bedienbar ist. Der Entwicklungsprozess umfasste die Anforderungsanalyse und das Design in enger Zusammenarbeit mit den Anforderern und der IT-Leitung, um eine Architektur zu definieren, die sowohl die betrieblichen Abläufe als auch die Anforderungen der Endnutzer abbildet. Die Implementierungsphase fokussierte sich auf die Integration bewährter Programmierpraktiken und die Anwendung von .NET-Technologien, insbesondere unter Verwendung des Entity Frameworks für die Datenverwaltung und Radzen-Blazor für die Benutzeroberfläche. Die resultierende Webanwendung wurde nach der Implementierung in einer Testumgebung geprüft und zeigte eine erfolgreiche Funktionsweise. Die Ergebnisse der Arbeit bestätigen, dass die gesetzten Ziele erreicht wurden. Die Anwendung wird in Kürze in Betrieb genommen und verspricht eine deutliche Verbesserung des Bestellprozesses für Arbeitskleidung.
With the prevalence of smart technology, machines become more and more connected. One possible field for IoT is the agrarian sector, since environmental factors can be recorded and acted upon independently from humans. This is especially true for agrarian indoor environments, such as stables and greenhouses. One acting device in this is the electromotor, controlling windows and shading, which is why in this thesis, a system of mechanically linked motors is set up as a scenario to evaluate the properties of different wireless technologies. After choosing 802.11ah as the most promising candidate, a hardware test between one transmitting and one receiving device within the protocol is set up and the results evaluated. Following that a simulation of larger scenarios is conducted and the results are compared to the hardware test, as well as used to judge whether the technology is suitable for the scenario.
In dieser Arbeit wurde ein OPS5 ähnlicher Interpreter in Java 21 implementiert, genannt MemoRete OPS5. Der Name setzt sich zusammen aus dem Begriff Memo wie Memoisation (oder englisch Memoization), Rete vom Rete-Algorithmus und OPS5 aus Official Production System 5. Auf dem Weg zur Implementierung wurden Vor- und Nachteile unterschiedlicher Ansätze besprochen, besonders auf die Indizierung von Teilmatches in Beta-Knoten wurde eingegangen. Es wurde gezeigt wie man den herkömmlichen Rete-Algorithmus modifizieren und verbessern kann. Des Weiteren wurde die Aktion Call von OPS5 für objektorientiertes Java angepasst. Der Code von MemoRete OPS5 wurde auf Github veröffentlicht.
Ein Backend ist die Verarbeitung und die Speicherung der Informationen und Daten
des Frontends . Für Online-Spiele im speziellen, ist das Feature Skalierbarkeit
eines der wichtigsten Punkte, denn ein durchdachtes und unterhaltsames Spiel kann
in kürzester Zeit viele Spieler auf die Webseite locken. Das wiederum bedeutet sehr
viel Datenverkehr und eine starke Auslastung für das Backend. Dahingehend werden
heutzutage Backend-Systeme auf verschiedene Arten skaliert; sei es horizontal oder
vertikal. Die Wahl der Skalierung hängt von der Projektgröße, dem Budget und
der Dringlichkeit der Skalierung ab.
In dieser Arbeit beschäftigen wir uns mit der horizontalen Skalierung eines
Backend-Systems mittels Kubernetes. Wir entwickeln für jedes Spiel einen Game-
server, der die Eingaben für das Spiel von zwei aktiven Spielern verarbeitet und
den Spielzustand periodisch an die Spieler übermittelt. Der Gameserver läuft in
einer isolierten Umgebung mittels Docker. Die verschiedenen Docker Gameserver-
Instanzen werden von Kubernetes nach Anzahl der aktiven Nutzer verwaltet. Die
grafische Ausgabe der Spiele hingegen wird im Webbrowser dargestellt. Als Lasten-
verteiler setzen wir Nginx ein; So verteilen wir bei Bedarf die Anfragen der Nutzer
auf mehrere Management-Instanzen im Backend.
Die vorliegende Bachelorarbeit beinhaltet die Konzeption und prototypische Entwicklung einer webbasierten Plattform zur Verwaltung von Softwaretools in der Abteilung Steuerungstechnik Elektronik (ST-ELO) der BAUER Maschinen GmbH. Diese Arbeit untersucht, wie Softwaretools, die in der ST-ELO verwendet werden, zentral und automatisiert verwaltet und bereitgestellt werden können. Im Fokus steht die automatische Generierung von Installationsdateien, das Abrufen spezifischer Informationen über die Tools und das Erstellen von Bug-Reports. Insgesamt zeigt die Arbeit, dass eine zentralisierte und automatisierte Softwareverwaltung eine effektive Lösung für Unternehmen darstellt, die ihre Softwaretools effizient verwalten und bereitstellen möchten. Die entwickelte Plattform erfüllt die gestellten Anforderungen und bietet eine benutzerfreundliche Möglichkeit zur Verwaltung von Softwaretools. Die Automatisierung von Prozessen, wie die Generierung von ausführbaren Dateien aus dem Quellcode und die automatische Ablage der generierten Dateien auf einem zentralen FTP-Server, erhöht die Effizienz weiter. Zudem wurde ein zentrales Fehlermeldeverfahren implementiert, das die Identifizierung und Behebung von Fehlern erleichtert. Insgesamt bietet die Plattform eine effektive Lösung zur Optimierung der Softwareverwaltung.
Neural networks are getting more complex and therefore need more computation power. This leads to the optimization which makes it possible to reduce this costs. One method of optimization is the post-training integer quantization. Quantization reduces the data precision from 32-bit floating-point to 8-bit integer. This can be applied on neural networks, which then makes it possible to deploy the neural network on edge platforms that can not deal with high precision values.
The goal of this thesis is to evaluate the post-training quantization on integer precision using different networks, platforms and criteria. It leads to the question how the quantization can be performed and what are the differences when using different toolkits. Another aspect is to provide an answer about how different types of neural networks can be quantized. As well as which impact quantization on various properties of the neural network have.
To address the research questions an intensive testing on two different kinds of neural networks is performed. The convolutional neural network VGG-16 and the transformer neural network Vision Transformer. Both networks are getting quantized and inference performed using the frameworks TensorFlow and TensorRT. The corresponding platforms are the NVIDIA Tesla V100, NVIDIA RTX 2080 TI, NVIDIA Jetson AGX Xavier and NVIDIA Jetson AGX Orin. The quantization happens in 16-bit floating-point as well as 8-bit integer precision on each platform.
Each network, including the quantized ones, are evaluated using the accuracy, file size, average throughput and the power consumption.
In this thesis the post-training integer quantization was only successful for the VGG-16 not for the Vision Transformer (ViT) using TensorRT. Nevertheless the 16-bit quantization worked also for the ViT and with 8-bit integer quantization using TensorFlow Lite (TF Lite), but with a near to zero accuracy. The post-training quantization had a significant accuracy drop for 8-bit integer precision where it was for the VGG-16 from around 65 % with 32-bit floating-point precision to approximately 55 percent. The 16-bit floating-point quantized models had nearly no accuracy drop for the VGG-16 and a drop around 73 % to 70 % for the ViT using TensorRT. The average throughput is increasing when using TensorFlow-TensorRT and TensorRT but decreasing when inference is run using the TensorFlow Lite converted models.
TensorFlow-TensorRT performed as nearly as good as TensorRT, but did not quantize the models fully. TensorFlow Lite had the lowest throughput, since it is primarily optimized for mobile devices, where TensorRT performed overall the best. It was also possible to reduce the power consumption up to 50 %.
Future research in can be the full 8-bit integer quantization for the ViT with own operator support as well as having a higher calibration data amount for both networks.
Internationale Flughäfen weisen ähnliche Infrastruktur wie Städte auf. Neben Hotels und Parkhäusern haben Passagiere oftmals die Möglichkeit, in Shops einzukaufen. Um den Fluggästen attraktive Angebote zu ermöglichen, werden von vereinzelten Geschäften Gutscheine angeboten. Die Fluggäste stammen aus verschiedensten Ländern, weshalb die Gutscheine nicht in Papierform per Post zugestellt werden können. Daher wird in diese Arbeit ein System zur digitalen Verwaltung von Gutscheinen konzipiert und prototypisch implementiert, das langfristig auch an verschiedenen Flughäfen auf der ganzen Welt zum Einsatz kommen kann. Dadurch kann etwa ein in München erhaltener Gutschein an einem Partner-Flughafen in Amerika eingelöst werden. Das auf eine dezentrale Architektur setzende Gutscheinsystem, welches über eine Blockchain realisiert wird, geht auf die besonderen Anforderungen eines Flughafens ein. Es wird in der Smart Contract Sprache Pact entwickelt und mit einer öffentlichen Blockchain demonstriert, wie das System dezentral zum Einsatz kommen kann. Dabei wird auch betrachtet, wie das Gutscheinsystem mit bestehender Soft- und Hardware interagieren kann.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Entwurf eines Konzepts zur anhaltenden und revisionsicheren Speicherung von Geschäftsdaten unter der Berücksichtigung unterschiedlicher Lösch- und Aufbewahrungsfristen, um Kosten in Form von Speicherhardware zu sparen und eine Nachvollziehbarkeit von Datenmanipulation zu erreichen. Ergänzend dazu wird eine mögliche Implementierung in einer Oracle
Datenbank ausgearbeitet und beschrieben.
Die Firma EPOS CAT GmbH erhält von verschiedenen Kunden mehrfach Anforderungen, welche sich mit Revisionssicherheit und effizienter Datenhaltung beschäftigen. Damit diese Kundenanforderungen erfüllt werden können, ergeben sich entsprechende Anforderungen an die Softwareentwicklung. Diese Anforderungen werden zunächst analysiert und zusammengefasst. Dabei spielen neben den eigentlichen Anforderungen der Kunden auch Themen wie Effizienz und Performanz eine wichtige Rolle. Insbesondere steht die Wiederverwendbarkeit des zu entwickelnden Modells im Vordergrund, um es auf andere Systemumgebungen und Applikationen anwenden zu können.
Um dieses Ziel zu erreichen, werden die bereits vorhandenen Ansätze der EPOS CAT GmbH mit weiteren ausgewählten Löungen aus unterschiedlichen Quellen verglichen. Da firmenintern aktuell lediglich eine Implementierung der Protokollierung vorliegt, beschränkt sich der Vergleich darauf. Im Rahmen des Vergleichs der Lösungen werden alle Funktionen, welche nicht dem Funktionsumfang des Loggings zugeordnet werden können, deaktiviert. Dadurch kann bei allen Lösungen eine Netto-Ausführungszeit gemessen werden. Dabei fiel auf, dass mit der aktuell eingesetzten firmeninternen Umsetzung ein sehr hoher Ressourcenverbrauch einhergeht. Die Bewertung der Testergebnisse brachte hohes Optimierungspotenzial in diesem Prozess zum Vorschein.
Nach einem Vergleich mit der Zielsetzung und den Anforderungen wird ein Modell für eine mögliche Umsetzung konzipiert. Basierend auf definierten Bedingungen an die Datenstruktur der Geschäftsdaten werden Lösungen für das Logging, die Umsetzung der Aufbewahrungsfristen und das automatische Löschen erarbeitet. Weiterführend dazu enthält das Konzept ebenso Möglichkeiten zur Konfiguration der einzelnen Module. Abgerundet wird das Konzept einem passenden Datenmodell und der grafischen Visualisierung der Abläufe.
Anschließend dienen die konzipierten Modelle und Lösungsansätze als Basis für die Ausarbeitung einer konkreten Implementierung in einer Oracle Datenbank. Das konzipierte Datenmodell wird gemäß der Programmierrichtlinien der Firma EPOS CAT GmbH umgesetzt und somit die Datenbank vorbereitend aufgebaut. Danach folgt die detaillierte Implementierung der Programmlogik für Logging und der automatischen Löschung. Ein finales Fazit reflektiert die durchgeführte Arbeit mit den erreichten Zielen.
Die Technologien Augmented Reality (AR) und Virtual Reality (VR) fanden durch preiswerte und technologisch verbesserte Produkte Einzug in den Privathaushalten und in der Industrie. Mit kollaborativ vernetzten AR- und VR-Systemen lässt sich die virtuelle Welt mit mehreren Anwendern gemeinsam erleben und entdecken. Tech-Giganten, wie Meta, Microsoft oder Nvidia, sehen im Konzept des „Metaverse“ großes Potenzial und investieren in die Forschung und Entwicklung dieser Technologie. Neben dem Entertainmentbereich sollen AR- und VR–Kollaborationsplattformen auch die Arbeitsläufe der Industrie verbessern und effizienter gestalten.
Die Kommunikation zwischen den Systemen erfolgt meistens über das lokale Heimnetz oder das Internet, das auf dem TCP/IP-Referenzmodell basiert. Die Netzwerke gelten aufgrund deren Architektur als unsichere und nicht deterministische Übertragungsmedien. Netzwerkprobleme wie Latenzen, Jitter oder Paketverluste beeinflussen negativ die Spielerfahrung und können bei AR- und VR-Systeme das Risiko einer CybersicknessErkrankung erhöhen.
Im Rahmen dieser Bachelorthesis wird untersucht inwieweit sich Probleme der Netzwerkkommunikation auf die VR-basierte Simulationssysteme auswirken. Dazu wird das vom Kooperationspartner zur Verfügung gestellte VR-Enforcer-System um eine Netzwerkschnittstelle erweitert. Die Kommunikation erfolgt über das standardisierte Distributed Interactive Simulation (DIS) Protokoll, das unter anderem für militärische Anwendungen eingesetzt wird. Der Versuchsaufbau wird im lokalen Netzwerk durchgeführt und untersucht die häufigsten Probleme (Latenz, Jitter und Paketverlust), die bei einer Vernetzung zwischen mehreren Systemen entstehen. Des Weiteren wird verglichen bis zu welchem Grad ein kabelgebundenes (LAN) oder drahtloses (WLAN) Übertragungsmedium die Probleme der Netzwerkkommunikation verändert. Im Versuchsaufbau tauschen mehrere Simulationssysteme Informationen zu einer unterschiedlichen Anzahl an gleichzeitig simulierten Objekten über das Netzwerk aus. Die Messungen zeigen, dass im lokalen Netzwerk durchschnittliche Latenzen von mehreren Millisekunden zu erwarten sind. Nimmt der Bandbreitenverbrauch zu, ist mit einer höheren Latenz zu rechnen. Drahtlose Verbindungen weisen im Versuchsaufbau eine höhere Latenz, ein vermehrtes Risiko an Paketverlusten und eine größere Variation der Paketumlaufzeiten auf.
In recent years the spread of ransomware and new malware variants has made the cyber security threat landscape more dangerous. Malware beaconing is a common tactic used by hackers to maintain a connection with a compromised system, send new commands and exfiltrate data. This thesis proposes a method for detecting malware beaconing in security-relevant log information using Jupyter Notebook in a corporate network.
The approach involves analyzing network traffic data for patterns that are indicative of beaconing activity. To do this, signature and periodic-based detections are utilized, as well as visualizing and enriching the detected connections to give an analyst all the information needed to make a quick and informed decision. A working prototype is implemented in Jupyter Notebook with requirements and restrictions based on the needs and infrastructure of a real-life Security Operation Center. The most significant limitation is the restricted network connectivity of the analyst's toolset.
The effectiveness of the approach is evaluated using real-world and simulated data to demonstrate the potential for detecting malware beaconing in a realistic scenario.
Overall, this work provides a practical and effective method for detecting malware beaconing and gives a glimpse into the potential of analyzing, hunting and detecting cyber threats with Jupyter Notebook.