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Most major airports collect recordings of the position of aircrafts at specific times. Those data typically requires extensive smoothing and corrections before it can be used for later analysis. Conventional smoothing approaches fail to model the movement physically correct, i.e. do not take standstills of aircrafts into account.
In this thesis we develop a method to detect standstills, employ robust smoothing splines for data fitting, add adequate boundary conditions for the detected standstill periods (i.e. force the function to be constant and to entry- and exit-direction for the standstills to be identical) and give an algorithm to solve those approximation problems efficiently.
In the progress we give an explicit proof for the convergence of the IRLS algorithm proposed by Huber to solve M-type estimates for non-linear approximation problems. Furthermore we derive a blueprint for a method to solve separable, quadratic least squares problems with very few quadratic variables.
Diskriminierungsverbote unter Privaten: Rechtsdurchsetzung im deutschen und US-amerikanischen Recht
(2015)
Die Arbeit untersucht die Rechtsdurchsetzung von an Private gerichteten Diskriminierungsverboten im deutschen Recht und im US-Bundesrecht. Teil 1 führt in die Fragestellung der Arbeit ein und behandelt rechtssystemübergreifende Grundlagen. Teil 2 stellt den Rahmen des Unionsrechts für nationales Antidiskriminierungsrecht dar. Die Teile 3 und 4 sind der Analyse eines Rechtsfolgensystems gewidmet. Der dritte Teil beschäftigt sich dabei mit der Rechtslage in Deutschland, der vierte Teil mit dem US-Bundesrecht. Teil 5 ist eine vergleichende Analyse deutscher und amerikanischer Konzepte und greift so auf die Teile 3 und 4 zurück. Die Untersuchung geht dabei sowohl grundlegenden Strukturentscheidungen nach (wie z. B. dem fast vollständigen Fehlen kollektiver Rechtsdurchsetzung in Deutschland) als auch der konkreten Ausgestaltung bestimmter Rechtsfolgen im Detail und zeigt Gemeinsamkeiten und Unterschiede auf. Teil 6 abstrahiert von den konkreten nationalen Regelungen und untersucht Rechtsdurchsetzungs- und Rechtsfolgenmodelle für die Verletzung von Diskriminierungsverboten auf ihre Eignung zur Verhaltenssteuerung anhand verschiedener Modelle; dabei wird ein interdisziplinärer Ansatz verfolgt, der insbesondere Erkenntnisse der ökonomischen Analyse des Rechts berücksichtigt. Teil 7 enthält abschließende Bemerkungen.
Eine explorative Studie im Bereich der Ausbildung von Praxislehrpersonen, die Studierende in den Schulpraktischen Studien begleiten.
Die Untersuchung beleuchtet die Fragen, welches Wissen angehende Praxislehrpersonen über Unterrichtsqualität und über die Kriterien der wissenschaftlichen Beobachtung für die Betreuung von Studierenden mitbringen und wie sie dieses Wissen konkret anwenden. Weiters interessiert, ob diese Kenntnisse durch speziell konzipierte Ausbildungskurse nachhaltig erweitert werden können. Mittels Fragebogen zu einem videografierten Unterrichtsauftritt einer Studentin wird erhoben, welche Kenntnisse die Untersuchungsteilnehmer/innen in den genannten Bereichen haben und wie weit ihr Ratingverhalten von einem Expertinnen-/Expertenrating abweicht. Nach einschlägigen Schulungen zu den angeführten Themenbereichen wird in zwei weiteren Fragebogenuntersuchungen, eine einen Tag nach der Schulung, die andere nach sechs Monaten, erhoben, wie sich das genannte Wissen und das Ratingverhalten verändert haben. Es wird davon ausgegangen, dass Ausbildungskurse bei Praxislehrpersonen eine Erweiterung des Wissens in Hinblick auf wichtige Einflussgrößen auf den Lernerfolg von Schülerinnen und Schülern hervorrufen und dass sie sich aufgrund der Ausbildungskurse in ihrem Ratingverhalten dem Expertinnen-/Expertenrating annähern. Die Ergebnisse zeigen, dass spezifische Schulungen in einzelnen Bereichen eine Wissenserweiterung bringen, das Ausgangswissen über Qualitätsmerkmale guten Unterrichts aber gering ist.
Abstract zum Dissertationsfragment "Spotzuordnung und Wellenfront-Rekonstruktion für Shack-Hartmann-Sensoren" von Sascha Groening (20.04.1972 - 16.11.2001)
Sascha Groening war nach seinem Studium der Informatik an der Universität Passau von 01.Oktober 1998 bis 16. November 2001 wissenschaftlicher Mitarbeiter der Forschungsgruppe Entscheidungsunterstützende Systeme innerhalb des Forschungsverbundes Wissensbasierte Systeme, die 2005 in das Institut für Softwaresystem in technischen Anwendungen der Informatik an der Universität Passau überging.
Tragischerweise ist er am 16. November 2001 im Alter von nur 28 Jahren kurz vor der Fertigstellung seiner Dissertation völlig überraschend verstorben. In seiner Dissertation beschäftigte er sich mit Fragestellungen aus dem Teilprojekt „Entwicklung eines Messverfahrens mit hohem Dynamikbereich für die Qualitätssicherung von optischen Asphären für die in‐situ Messung von Wellenfronten (kurz Wellensensor)“ des Forschungsverbundes FORMIKROSYS II, der von der Bayerischen Forschungsstiftung gefördert wurde.
Auf den Sicherungen des Instituts konnten wir nur eine relativ unvollständige elektronische Version seiner Dissertation „Spotzuordnung und Wellenfrontrekonstruktion für Shack‐Hartmann‐Sensoren“ finden, da er seine Arbeit auf einem privaten PC anfertigte.
Monika Groening, seine Mutter, hat dagegen im Jahr 2013 privat unten stehenden Ausdruck seiner schriftlichen Arbeit gefunden, die einem Stand etwa zwei Wochen vor der geplanten Abgabe entspricht und die nun hiermit als Scan der Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt wird.
Am Institut wurden nach Abschluss des Projektes Wellensensor die Forschungen auf diesem Gebiet nicht weiter verfolgt, da die Problemstellung des Projektes für die Partner, die die Lösung von Sascha Groening angewendet haben, zufriedenstellend gelöst war.
Im Rahmen des Projektes wurden die Leistungsgrenzen für ein Messgerät zur Vermessung von optischen Asphären (z.B. Gleitsicht‐Brillengläsern) und allgemeinen Wellenfronten (z.B. Strahlprofil eines Lasers, Wellenfront hinter einem optischen Subsystem) auf der Basis des Shack‐Hartmann‐Sensors erforscht. Das Prinzip beruht auf der geometrisch‐optischen Bestimmung lokaler Wellenfrontkrümmungen mit Hilfe eines Feldes von Mikrolinsen und einer CCD‐Kamera in der Fokalebene der Mikrolinsen. Sascha Groening entwickelte völlig neu konzipierte Auswertealgorithmen, die eine schnelle und zuverlässige Zuordnung von Fokuspunkten zu Mikrolinsen durchführen und damit eine hochgenaue Vermessung von
Ashären bei stark aberranten Wellenfronten möglich machen. Eine einfallende Wellenfront erzeugt in der Fokalebene der Mikrolinsen ein charakteristisches Spotmuster. Durch die Analyse der lokalen Ablenkungen der Spots von ihren Idealpositionen, also den Positionen, die bei Einfall einer ebenen Wellenfront entstehen würden, können Aussagen über das
lokale Steigungsverhalten der einfallenden Wellenfront getroffen werden. Je größer der Dynamikbereich des Messgerätes sein soll, desto schwieriger wird das Problem der Zuordnung von Spot zu Mikrolinse. Genau diese Herausforderung wurde von Sascha Gröning durch einen iterativen Spline‐Passungs‐Algorithmus schnell und elegant gelöst. Wenn dann
die Spotzuordnung erfolgt ist, kann die Wellenfront aus den lokalen Ablenkungen der Spots rekonstruiert werden.
Das Fragment der Dissertationsschrift ist vollständig bis auf Kapitel 1 Einleitung und Kapitel 7 Zusammenfassung. Außerdem fehlen in Kapitel 4 noch die Beschreibungen einiger untersuchter Verfahren zur Spotdetektion und in den Unterkapiteln von 5 und 6 fehlen die Verfahren zur Spotzuordnung und Wellenfrontrekonstruktion bei nicht stetig differenzierbaren bzw. unstetigen Wellenfronten. Ansonsten bietet die Arbeit aber einen guten Überblick über den Stand der Technik zur damaligen Zeit und erklärt die grundlegenden Verfahren, die von Sascha Groening erforscht und entwickelt wurden. In Kapitel 2 werden ausführlich das Funktionsprinzip des Shack‐Hartmann‐Sensors und die Wellenfrontvermessung erklärt, wobei speziell auf das Zuordnungsproblem von Spot zu Mikrolinse und auf die globale Wellenfrontrekonstruktion aus einem Feld partieller Ableitungen eingegangen wird.
Die mathematischen Grundlagen wie Tensorprodukt‐Splines oder die Lösungsverfahren für lineare Ausgleichsprobleme ohne und mit linearen Nebenbedingungen werden in Kapitel 3 gelegt. Einen ersten Schwerpunkt bildet Kapitel 4, das sich mit der Spotdetektion beschäftigt. Nach der Erläuterung der optischen Grundlagen wird die Spotentstehung mathematisch modelliert, um so geeignete Detektionsverfahren ableiten zu können.
Im zentralen Kapitel 5 der Dissertation geht es um die Spotzuordnung. Nach der Vorstellung bekannter Verfahren wird die neu entwickelte Spotzuordnung durch iterative Funktionspassung beschrieben. Nach einer initialen Zuordnung von einigen zentralen Spots, die unter Nutzung von Nebenwissen problemlos möglich ist, wird dann iterativ mit Hilfe von Splinepassungen vorgegangen. Bei einer vorhandenen Zuordnung wird durch Extrapolation der berechneten Splinepassung der Suchbereich für weitere, nicht zugeordnete Spots ausgedehnt, und diese werden dann wiederum korrekt zugeordnet. Diese Schritte werden iterativ wiederholt, bis alle Spots zugeordnet sind. Die Vorgehensweise, von bekanntem in unbekanntes Gebiet zu extrapolieren führt hier vortrefflich zum Ziel. Sascha Groening zeigt auch, dass der Erfolg vom gewählten Funktionsraum, hier Tensorprodukt‐Splines, abhängt. Schließlich runden die Verfahren zur Wellenfrontrekonstruktion, die ebenfalls auf Spline‐Passungen basieren, in Kapitel 6 die Arbeit ab.
Mit der Bereitstellung dieses Fragments seiner Dissertation wollen wir die geleistete Arbeit von Sascha Groening an der Universität Passau würdigen und hoffen, dass seine Ergebnisse ihren Platz in der wissenschaftlichen Gemeinschaft finden.
Im Mai 2015, Dr. Erich Fuchs
Top-k Semantic Caching
(2015)
The subject of this thesis is the intelligent caching of top-k queries in an environment with high latency and low throughput. In such an environment, caching can be used to reduce network traffic and improve response time. Slow database connections of mobile devices and to databases, which have been offshored, are practical use cases.
A semantic cache is a query-based cache that caches query results and maintains their semantic description. It reuses partial matches of previous query results. Each query that is processed by the semantic cache is split into two disjoint parts: one that can be completely answered with tuples of the cache probe query, and another that requires tuples to be transferred from the server (remainder query).
Existing semantic caches do not support top-k queries, i.e., ordered and limited queries. In this thesis, we present an innovative semantic cache that naturally supports top-k queries. The support of top-k queries in a semantic cache has considerable effects on cache elements, operations on cache elements -- like creation, difference, intersection, and union -- and query answering. Hence, we introduce new techniques for cache management and query processing. They enable the semantic cache to become a true top-k semantic cache.
In addition, we have developed a new algorithm that can estimate the lower bounds of query results of sorted queries using multidimensional histograms. Using this algorithm, our top-k semantic cache is able to pipeline partial query results of top-k queries. Thereby, query execution performance can be significantly increased.
We have implemented a prototype of a top-k semantic cache called IQCache (Intelligent Query Cache). An extensive and thorough evaluation with various benchmarks using our prototype demonstrates the applicability and performance of top-k semantic caching in practice. The experiments prove that the top-k semantic cache invariably outperforms simple hash-based caching strategies and scales very well.
The world wide web today serves as a distributed application platform. Its origins, however, go back to a simple delivery network for static hypertexts. The legacy from these days can still be observed in the communication protocol used by increasingly sophisticated clients and applications. This thesis identifies the actual security requirements of modern web applications and shows that HTTP does not fit them: user and application authentication, message integrity and confidentiality, control-flow integrity, and application-to-application authorization. We explore the other protocols in the web stack and work out why they can not fill the gap. Our analysis shows that the underlying problem is the connectionless property of HTTP. However, history shows that a fresh start with web communication is far from realistic. As a consequence, we come up with approaches that contribute to meet the identified requirements.
We first present impersonation attack vectors that begin before the actual user authentication, i.e. when secure web interaction and authentication seem to be unnecessary. Session fixation attacks exploit a responsibility mismatch between the web developer and the used web application framework. We describe and compare three countermeasures on different implementation levels: on the source code level, on the framework level, and on the network level as a reverse proxy.
Then, we explain how the authentication credentials that are transmitted for the user login, i.e. the password, and for session tracking, i.e. the session cookie, can be complemented by browser-stored and user-based secrets respectively. This way, an attacker can not hijack user accounts only by phishing the user's password because an additional browser-based secret is required for login. Also, the class of well-known session hijacking attacks is mitigated because a secret only known by the user must be provided in order to perform critical actions.
In the next step, we explore alternative approaches to static authentication credentials. Our approach implements a trusted UI and a mutually authenticated session using signatures as a means to authenticate requests. This way, it establishes a trusted path between the user and the web application without exchanging reusable authentication credentials. As a downside, this approach requires support on the client side and on the server side in order to provide maximum protection. Another approach avoids client-side support but can not implement a trusted UI and is thus susceptible to phishing and clickjacking attacks.
Our approaches described so far increase the security level of all web communication at all time. This is why we investigate adaptive security policies that fit the actual risk instead of permanently restricting all kinds of communication including non-critical requests. We develop a smart browser extension that detects when the user is authenticated on a website meaning that she can be impersonated because all requests carry her identity proof. Uncritical communication, however, is released from restrictions to enable all intended web features.
Finally, we focus on attacks targeting a web application's control-flow integrity. We explain them thoroughly, check whether current web application frameworks provide means for protection, and implement two approaches to protect web applications: The first approach is an extension for a web application framework and provides protection based on its configuration by checking all requests for policy conformity. The second approach generates its own policies ad hoc based on the observed web traffic and assuming that regular users only click on links and buttons and fill forms but do not craft requests to protected resources.
This thesis addresses a problem related to usage analysis in information retrieval
systems. Indeed, we exploit the history of search queries as support of analysis to
extract a profile model. The objective is to characterize the user and the data source
that interact in a system to allow different types of comparison (user-to-user, sourceto-
source, user-to-source). According to the study we conducted on the work done on
profile model, we concluded that the large majority of the contributions are strongly
related to the applications within they are proposed. As a result, the proposed
profile models are not reusable and suffer from several weaknesses. For instance,
these models do not consider the data source, they lack of semantic mechanisms and
they do not deal with scalability (in terms of complexity). Therefore, we propose
a generic model of user and data source profiles. The characteristics of this model
are the following. First, it is generic, being able to represent both the user and the
data source. Second, it enables to construct the profiles in an implicit way based on histories of search queries. Third, it defines the profile as a set of topics of interest,
each topic corresponding to a semantic cluster of keywords extracted by a specific
clustering algorithm. Finally, the profile is represented according to the vector space
model. The model is composed of several components organized in the form of a
framework, in which we assessed the complexity of each component.
The main components of the framework are:
• a method for keyword queries disambiguation
• a method for semantically representing search query logs in the form of a
taxonomy;
• a clustering algorithm that allows fast and efficient identification of topics of
interest as semantic clusters of keywords;
• a method to identify user and data source profiles according to the generic
model.
This framework enables in particular to perform various tasks related to usage-based
structuration of a distributed environment. As an example of application, the framework
is used to the discovery of user communities, and the categorization of data
sources. To validate the proposed framework, we conduct a series of experiments
on real logs from the search engine AOL search, which demonstrate the efficiency
of the disambiguation method in short queries, and show the relation between the
quality based clustering and the structure based clustering.
Static analysis tools and transformation engines for source code belong to the standard equipment of a software developer. Their use simplifies a developer's everyday work of maintaining and evolving software systems significantly and, hence, accounts for much of a developer's programming efficiency and programming productivity. This is also beneficial from a financial point of view, as programming errors are early detected and avoided in the the development process, thus the use of static analysis tools reduces the overall software-development costs considerably.
In practice, software systems are often developed as configurable systems to account for different requirements of application scenarios and use cases. To implement configurable systems, developers often use compile-time implementation techniques, such as preprocessors, by using #ifdef directives. Configuration options control the inclusion and exclusion of #ifdef-annotated source code and their selection/deselection serve as an input for generating tailor-made system variants on demand. Existing configurable systems, such as the linux kernel, often provide thousands of configuration options, forming a huge configuration space with billions of system variants.
Unfortunately, existing tool support cannot handle the myriads of system variants that can typically be derived from a configurable system. Analysis and transformation tools are not prepared for variability in source code, and, hence, they may process it incorrectly with the result of an incomplete and often broken tool support.
We challenge the way configurable systems are analyzed and transformed by introducing variability-aware static analysis tools and a variability-aware transformation engine for configurable systems' development. The main idea of such tool support is to exploit commonalities between system variants, reducing the effort of analyzing and transforming a configurable system. In particular, we develop novel analysis approaches for analyzing the myriads of system variants and compare them to state-of-the-art analysis approaches (namely sampling). The comparison shows that variability-aware analysis is complete (with respect to covering the whole configuration space), efficient (it outperforms some of the sampling heuristics), and scales even to large software systems. We demonstrate that variability-aware analysis is even practical when using it with non-trivial case studies, such as the linux kernel.
On top of variability-aware analysis, we develop a transformation engine for C, which respects variability induced by the preprocessor. The engine provides three common refactorings (rename identifier, extract function, and inline function) and overcomes shortcomings (completeness, use of heuristics, and scalability issues) of existing engines, while still being semantics-preserving with respect to all variants and being fast, providing an instantaneous user experience. To validate semantics preservation, we extend a standard testing approach for refactoring engines with variability and show in real-world case studies the effectiveness and scalability of our engine.
In the end, our analysis and transformation techniques show that configurable systems can efficiently be analyzed and transformed (even for large-scale systems), providing the same guarantees for configurable systems as for standard systems in terms of detecting and avoiding programming errors.
Krise … continued: Populärkulturelle Funktionen seriellen Krisenerzählens am Beispiel Breaking Bad
(2015)
Die zentrale Fragestellung der folgenden Ausführungen wird dementsprechend lauten, durch welche scheinbar extrem populären Merkmale sich BREAKING BAD aufbauend oder abweichend von Gattungskonventionen auszeichnet und inwiefern diese mit dem kulturellen Krisendiskurs des Produktionszeitraumes korrelieren. Dabei wird die Serie als spezifische Form der Krisenartikulation und -bearbeitung analysiert. Dazu werden anfangs einige theoretische Erwägungen zum seriellen Erzählen vorausgeschickt. Im Rahmen der darauf folgenden Handlungsanalyse wird insbesondere auf das vorgeführte Familienmodell, die kausale Weltordnung der Diegese, Identitätskonflikte des Protagonisten, Bürgerlichkeit als Krisenraum sowie das hier propagierte Gegenmodell poetischer Gerechtigkeit einzugehen sein. Abschließend sollen die daraus resultierenden Befunde einer zusammenfassenden Analyse des Krisendiskurses in BREAKING BAD dienen.
Die erfolgreichsten deutschsprachigen Kino-Produktionen der Jahre 2012 und 2013 erzählen humoristisch von der interkulturellen Annäherung und Verpartnerung zwischen „Deutschen“ und „Migranten mit deutschem Pass“–, so jedenfalls lautet die Bezeichnung in einem intradiegetischen fiktiven Beitrag des ARDONachtmagazins in TÜRKISCH FÜR ANFÄNGER. Diese der Tagesschau-Redaktion unterstellte und von der offiziellen Sprachregelung „Menschen mit Migrationshintergrund“ signifikant abweichende Wortwahl dient einer filmischen Kritik an der öffentlichen Rede über die bezeichneten Personen(-gruppen) in Deutschland, weil sie den Aspekt der (Neu-)Zuwanderung und systemischen Fremdheit bei Menschen ohne eigene Migrations-erfahrung, die bereits in zweiter Generation deutsche Staatsangehörige sind, markiert. En passant und bar jeden Witzes attestiert der Film damit öffentlichen Instanzen – als eine solche wird die Tagesschau im Medienbereich wahrgenommen –, dass sie Personen die Anerkennung einer sozialen und kulturellen Zugehörigkeit verweigern, die faktisch deutsche Mitbürger sind und das Recht haben, als solche betrachtet zu werden: „Wo kommst’n her?“ fragt der Deutschtürke Cem den Deutschgriechen Costa; „Steglitz“, ist die selbstverständliche Antwort, während der Nachrichtenbeitrag im Film zwar eine juristisch-formale (deutscher Pass), nicht aber kulturelle deutsche Identität eben dieser beiden Figuren behauptet. Zentraler Gegenstand der filmischen Verhandlung in TÜRKISCH FÜR ANFÄNGER ist damit das Verhältnis von Deutschen und Postmigranten – so der auch von der Bundeszentrale für politische Bildung aktuell bevorzugte Begriff, der nach Naika Foroutan einer „nationalen und kulturellen Mehrfachzugehörigkeit und -identifikation von Individuen“ Rechnung trägt.