@article{DugWeidlingSogomonyanetal.2020, author = {Dug, Mehmed and Weidling, Stefan and Sogomonyan, Egor and Jokic, Dejan and Krstić, Miloš}, title = {Full error detection and correction method applied on pipelined structure using two approaches}, series = {Journal of circuits, systems and computers}, volume = {29}, journal = {Journal of circuits, systems and computers}, number = {13}, publisher = {World Scientific}, address = {Singapore}, issn = {0218-1266}, doi = {10.1142/S0218126620502187}, pages = {15}, year = {2020}, abstract = {In this paper, two approaches are evaluated using the Full Error Detection and Correction (FEDC) method for a pipelined structure. The approaches are referred to as Full Duplication with Comparison (FDC) and Concurrent Checking with Parity Prediction (CCPP). Aforementioned approaches are focused on the borderline cases of FEDC method which implement Error Detection Circuit (EDC) in two manners for the purpose of protection of combinational logic to address the soft errors of unspecified duration. The FDC approach implements a full duplication of the combinational circuit, as the most complex and expensive implementation of the FEDC method, and the CCPP approach implements only the parity prediction bit, being the simplest and cheapest technique, for soft error detection. Both approaches are capable of detecting soft errors in the combinational logic, with single faults being injected into the design. On the one hand, the FDC approach managed to detect and correct all injected faults while the CCPP approach could not detect multiple faults created at the output of combinational circuit. On the other hand, the FDC approach leads to higher power consumption and area increase compared to the CCPP approach.}, language = {en} } @article{LiBreitenreiterAndjelkovicetal.2020, author = {Li, Yuanqing and Breitenreiter, Anselm and Andjelkovic, Marko and Chen, Junchao and Babic, Milan and Krstić, Miloš}, title = {Double cell upsets mitigation through triple modular redundancy}, series = {Microelectronics Journal}, volume = {96}, journal = {Microelectronics Journal}, publisher = {Elsevier}, address = {Oxford}, issn = {0026-2692}, doi = {10.1016/j.mejo.2019.104683}, pages = {8}, year = {2020}, abstract = {A triple modular redundancy (TMR) based design technique for double cell upsets (DCUs) mitigation is investigated in this paper. This technique adds three extra self-voter circuits into a traditional TMR structure to enable the enhanced error correction capability. Fault-injection simulations show that the soft error rate (SER) of the proposed technique is lower than 3\% of that of TMR. The implementation of this proposed technique is compatible with the automatic digital design flow, and its applicability and performance are evaluated on an FIFO circuit.}, language = {en} } @phdthesis{Nordmann2020, author = {Nordmann, Paul-Patrick}, title = {Fehlerkorrektur von Speicherfehlern mit Low-Density-Parity-Check-Codes}, doi = {10.25932/publishup-48048}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-480480}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {IV, 99, XII}, year = {2020}, abstract = {Die Fehlerkorrektur in der Codierungstheorie besch{\"a}ftigt sich mit der Erkennung und Behebung von Fehlern bei der {\"U}bertragung und auch Sicherung von Nachrichten. Hierbei wird die Nachricht durch zus{\"a}tzliche Informationen in ein Codewort kodiert. Diese Kodierungsverfahren besitzen verschiedene Anspr{\"u}che, wie zum Beispiel die maximale Anzahl der zu korrigierenden Fehler und die Geschwindigkeit der Korrektur. Ein g{\"a}ngiges Codierungsverfahren ist der BCH-Code, welches industriell f{\"u}r bis zu vier Fehler korrigiere Codes Verwendung findet. Ein Nachteil dieser Codes ist die technische Durchlaufzeit f{\"u}r die Berechnung der Fehlerstellen mit zunehmender Codel{\"a}nge. Die Dissertation stellt ein neues Codierungsverfahren vor, bei dem durch spezielle Anordnung kleinere Codel{\"a}ngen eines BCH-Codes ein langer Code erzeugt wird. Diese Anordnung geschieht {\"u}ber einen weiteren speziellen Code, einem LDPC-Code, welcher f{\"u}r eine schneller Fehlererkennung konzipiert ist. Hierf{\"u}r wird ein neues Konstruktionsverfahren vorgestellt, welches einen Code f{\"u}r einen beliebige L{\"a}nge mit vorgebbaren beliebigen Anzahl der zu korrigierenden Fehler vorgibt. Das vorgestellte Konstruktionsverfahren erzeugt zus{\"a}tzlich zum schnellen Verfahren der Fehlererkennung auch eine leicht und schnelle Ableitung eines Verfahrens zu Kodierung der Nachricht zum Codewort. Dies ist in der Literatur f{\"u}r die LDPC-Codes bis zum jetzigen Zeitpunkt einmalig. Durch die Konstruktion eines LDPC-Codes wird ein Verfahren vorgestellt wie dies mit einem BCH-Code kombiniert wird, wodurch eine Anordnung des BCH-Codes in Bl{\"o}cken erzeugt wird. Neben der allgemeinen Beschreibung dieses Codes, wird ein konkreter Code f{\"u}r eine 2-Bitfehlerkorrektur beschrieben. Diese besteht aus zwei Teilen, welche in verschiedene Varianten beschrieben und verglichen werden. F{\"u}r bestimmte L{\"a}ngen des BCH-Codes wird ein Problem bei der Korrektur aufgezeigt, welche einer algebraischen Regel folgt. Der BCH-Code wird sehr allgemein beschrieben, doch existiert durch bestimmte Voraussetzungen ein BCH-Code im engerem Sinne, welcher den Standard vorgibt. Dieser BCH-Code im engerem Sinne wird in dieser Dissertation modifiziert, so dass das algebraische Problem bei der 2-Bitfehler Korrektur bei der Kombination mit dem LDPC-Code nicht mehr existiert. Es wird gezeigt, dass nach der Modifikation der neue Code weiterhin ein BCH-Code im allgemeinen Sinne ist, welcher 2-Bitfehler korrigieren und 3-Bitfehler erkennen kann. Bei der technischen Umsetzung der Fehlerkorrektur wird des Weiteren gezeigt, dass die Durchlaufzeiten des modifizierten Codes im Vergleich zum BCH-Code schneller ist und weiteres Potential f{\"u}r Verbesserungen besitzt. Im letzten Kapitel wird gezeigt, dass sich dieser modifizierte Code mit beliebiger L{\"a}nge eignet f{\"u}r die Kombination mit dem LDPC-Code, wodurch dieses Verfahren nicht nur umf{\"a}nglicher in der L{\"a}nge zu nutzen ist, sondern auch durch die schnellere Dekodierung auch weitere Vorteile gegen{\"u}ber einem BCH-Code im engerem Sinne besitzt.}, language = {de} } @article{KuentzerKrstić2020, author = {Kuentzer, Felipe A. and Krstić, Miloš}, title = {Soft error detection and correction architecture for asynchronous bundled data designs}, series = {IEEE transactions on circuits and systems}, volume = {67}, journal = {IEEE transactions on circuits and systems}, number = {12}, publisher = {Institute of Electrical and Electronics Engineers}, address = {New York}, issn = {1549-8328}, doi = {10.1109/TCSI.2020.2998911}, pages = {4883 -- 4894}, year = {2020}, abstract = {In this paper, an asynchronous design for soft error detection and correction in combinational and sequential circuits is presented. The proposed architecture is called Asynchronous Full Error Detection and Correction (AFEDC). A custom design flow with integrated commercial EDA tools generates the AFEDC using the asynchronous bundled-data design style. The AFEDC relies on an Error Detection Circuit (EDC) for protecting the combinational logic and fault-tolerant latches for protecting the sequential logic. The EDC can be implemented using different detection methods. For this work, two boundary variants are considered, the Full Duplication with Comparison (FDC) and the Partial Duplication with Parity Prediction (PDPP). The AFEDC architecture can handle single events and timing faults of arbitrarily long duration as well as the synchronous FEDC, but additionally can address known metastability issues of the FEDC and other similar synchronous architectures and provide a more practical solution for handling the error recovery process. Two case studies are developed, a carry look-ahead adder and a pipelined non-restoring array divider. Results show that the AFEDC provides equivalent fault coverage when compared to the FEDC while reducing area, ranging from 9.6\% to 17.6\%, and increasing energy efficiency, which can be up to 6.5\%.}, language = {en} } @article{FandinoLifschitzLuehneetal.2020, author = {Fandi{\~n}o, Jorge and Lifschitz, Vladimir and L{\"u}hne, Patrick and Schaub, Torsten H.}, title = {Verifying tight logic programs with Anthem and Vampire}, series = {Theory and practice of logic programming}, volume = {20}, journal = {Theory and practice of logic programming}, number = {5}, publisher = {Cambridge Univ. Press}, address = {Cambridge [u.a.]}, issn = {1471-0684}, doi = {10.1017/S1471068420000344}, pages = {735 -- 750}, year = {2020}, abstract = {This paper continues the line of research aimed at investigating the relationship between logic programs and first-order theories. We extend the definition of program completion to programs with input and output in a subset of the input language of the ASP grounder gringo, study the relationship between stable models and completion in this context, and describe preliminary experiments with the use of two software tools, anthem and vampire, for verifying the correctness of programs with input and output. Proofs of theorems are based on a lemma that relates the semantics of programs studied in this paper to stable models of first-order formulas.}, language = {en} } @article{CabalarFandinoGareaetal.2020, author = {Cabalar, Pedro and Fandi{\~n}o, Jorge and Garea, Javier and Romero, Javier and Schaub, Torsten H.}, title = {Eclingo}, series = {Theory and practice of logic programming}, volume = {20}, journal = {Theory and practice of logic programming}, number = {6}, publisher = {Cambridge Univ. Press}, address = {New York}, issn = {1471-0684}, doi = {10.1017/S1471068420000228}, pages = {834 -- 847}, year = {2020}, abstract = {We describe eclingo, a solver for epistemic logic programs under Gelfond 1991 semantics built upon the Answer Set Programming system clingo. The input language of eclingo uses the syntax extension capabilities of clingo to define subjective literals that, as usual in epistemic logic programs, allow for checking the truth of a regular literal in all or in some of the answer sets of a program. The eclingo solving process follows a guess and check strategy. It first generates potential truth values for subjective literals and, in a second step, it checks the obtained result with respect to the cautious and brave consequences of the program. This process is implemented using the multi-shot functionalities of clingo. We have also implemented some optimisations, aiming at reducing the search space and, therefore, increasing eclingo 's efficiency in some scenarios. Finally, we compare the efficiency of eclingo with two state-of-the-art solvers for epistemic logic programs on a pair of benchmark scenarios and show that eclingo generally outperforms their obtained results.}, language = {en} } @incollection{HaferKostaedtLucke2021, author = {Hafer, J{\"o}rg and Kost{\"a}dt, Peter and Lucke, Ulrike}, title = {Das Corona-Virus als Treiber der Digitalisierung}, series = {Das Corona-Virus als Treiber der Digitalisierung}, booktitle = {Das Corona-Virus als Treiber der Digitalisierung}, publisher = {Springer}, address = {Wiesbaden}, isbn = {978-3-658-32608-1}, doi = {10.1007/978-3-658-32609-8_15}, pages = {219 -- 242}, year = {2021}, abstract = {Mit der Covid-19-Pandemie hat die Digitalisierung an Hochschulen weitere Bedeutung erlangt. Insbesondere dem Einsatz digitaler Medien in Lehre und Studium galt großes Augenmerk. Das legt die Hoffnung nahe, dass die Digitalisierung durch das Virus einen Schub erfahren und die Hochschulen dauerhaft ver{\"a}ndert hat. Der Beitrag geht am Beispiel der Universit{\"a}t Potsdam der Frage nach, welcher Natur diese Ver{\"a}nderungen waren - ausgehend sowohl von den unternommenen Maßnahmen als auch von den erzielten Resultaten - und inwiefern sie von Dauer sind. Dabei werden f{\"o}rderliche und hemmende Faktoren identifiziert, die in Empfehlungen f{\"u}r weitere Digitalisierungsvorhaben {\"u}bersetzt werden.}, language = {de} } @phdthesis{Hecher2021, author = {Hecher, Markus}, title = {Advanced tools and methods for treewidth-based problem solving}, doi = {10.25932/publishup-51251}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-512519}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {xv, 184}, year = {2021}, abstract = {In the last decades, there was a notable progress in solving the well-known Boolean satisfiability (Sat) problem, which can be witnessed by powerful Sat solvers. One of the reasons why these solvers are so fast are structural properties of instances that are utilized by the solver's interna. This thesis deals with the well-studied structural property treewidth, which measures the closeness of an instance to being a tree. In fact, there are many problems parameterized by treewidth that are solvable in polynomial time in the instance size when parameterized by treewidth. In this work, we study advanced treewidth-based methods and tools for problems in knowledge representation and reasoning (KR). Thereby, we provide means to establish precise runtime results (upper bounds) for canonical problems relevant to KR. Then, we present a new type of problem reduction, which we call decomposition-guided (DG) that allows us to precisely monitor the treewidth when reducing from one problem to another problem. This new reduction type will be the basis for a long-open lower bound result for quantified Boolean formulas and allows us to design a new methodology for establishing runtime lower bounds for problems parameterized by treewidth. Finally, despite these lower bounds, we provide an efficient implementation of algorithms that adhere to treewidth. Our approach finds suitable abstractions of instances, which are subsequently refined in a recursive fashion, and it uses Sat solvers for solving subproblems. It turns out that our resulting solver is quite competitive for two canonical counting problems related to Sat.}, language = {en} } @phdthesis{Moebert2021, author = {Moebert, Tobias}, title = {Zum Einfluss von Adaptivit{\"a}t auf die Wahrnehmung von Komplexit{\"a}t in der Mensch-Technik-Interaktion}, doi = {10.25932/publishup-49992}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-499926}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {449}, year = {2021}, abstract = {Wir leben in einer Gesellschaft, die von einem stetigen Wunsch nach Innovation und Fortschritt gepr{\"a}gt ist. Folgen dieses Wunsches sind die immer weiter fortschreitende Digitalisierung und informatische Vernetzung aller Lebensbereiche, die so zu immer komplexeren sozio-technischen Systemen f{\"u}hren. Ziele dieser Systeme sind u. a. die Unterst{\"u}tzung von Menschen, die Verbesserung ihrer Lebenssituation oder Lebensqualit{\"a}t oder die Erweiterung menschlicher M{\"o}glichkeiten. Doch haben neue komplexe technische Systeme nicht nur positive soziale und gesellschaftliche Effekte. Oft gibt es unerw{\"u}nschte Nebeneffekte, die erst im Gebrauch sichtbar werden, und sowohl Konstrukteur*innen als auch Nutzer*innen komplexer vernetzter Technologien f{\"u}hlen sich oft orientierungslos. Die Folgen k{\"o}nnen von sinkender Akzeptanz bis hin zum kompletten Verlust des Vertrauens in vernetze Softwaresysteme reichen. Da komplexe Anwendungen, und damit auch immer komplexere Mensch-Technik-Interaktionen, immer mehr an Relevanz gewinnen, ist es umso wichtiger, wieder Orientierung zu finden. Dazu m{\"u}ssen wir zuerst diejenigen Elemente identifizieren, die in der Interaktion mit vernetzten sozio-technischen Systemen zu Komplexit{\"a}t beitragen und somit Orientierungsbedarf hervorrufen. Mit dieser Arbeit soll ein Beitrag geleistet werden, um ein strukturiertes Reflektieren {\"u}ber die Komplexit{\"a}t vernetzter sozio-technischer Systeme im gesamten Konstruktionsprozess zu erm{\"o}glichen. Dazu wird zuerst eine Definition von Komplexit{\"a}t und komplexen Systemen erarbeitet, die {\"u}ber das informatische Verst{\"a}ndnis von Komplexit{\"a}t (also der Kompliziertheit von Problemen, Algorithmen oder Daten) hinausgeht. Im Vordergrund soll vielmehr die sozio-technische Interaktion mit und in komplexen vernetzten Systemen stehen. Basierend auf dieser Definition wird dann ein Analysewerkzeug entwickelt, welches es erm{\"o}glicht, die Komplexit{\"a}t in der Interaktion mit sozio-technischen Systemen sichtbar und beschreibbar zu machen. Ein Bereich, in dem vernetzte sozio-technische Systeme zunehmenden Einzug finden, ist jener digitaler Bildungstechnologien. Besonders adaptiven Bildungstechnologien wurde in den letzten Jahrzehnten ein großes Potential zugeschrieben. Zwei adaptive Lehr- bzw. Trainingssysteme sollen deshalb exemplarisch mit dem in dieser Arbeit entwickelten Analysewerkzeug untersucht werden. Hierbei wird ein besonderes Augenmerkt auf den Einfluss von Adaptivit{\"a}t auf die Komplexit{\"a}t von Mensch-Technik-Interaktionssituationen gelegt. In empirischen Untersuchungen werden die Erfahrungen von Konstrukteur*innen und Nutzer*innen jener adaptiver Systeme untersucht, um so die entscheidenden Kriterien f{\"u}r Komplexit{\"a}t ermitteln zu k{\"o}nnen. Auf diese Weise k{\"o}nnen zum einen wiederkehrende Orientierungsfragen bei der Entwicklung adaptiver Bildungstechnologien aufgedeckt werden. Zum anderen werden als komplex wahrgenommene Interaktionssituationen identifiziert. An diesen Situationen kann gezeigt werden, wo aufgrund der Komplexit{\"a}t des Systems die etablierten Alltagsroutinen von Nutzenden nicht mehr ausreichen, um die Folgen der Interaktion mit dem System vollst{\"a}ndig erfassen zu k{\"o}nnen. Dieses Wissen kann sowohl Konstrukteur*innen als auch Nutzer*innen helfen, in Zukunft besser mit der inh{\"a}renten Komplexit{\"a}t moderner Bildungstechnologien umzugehen.}, language = {de} } @phdthesis{Dehne2021, author = {Dehne, Julian}, title = {M{\"o}glichkeiten und Limitationen der medialen Unterst{\"u}tzung forschenden Lernens}, doi = {10.25932/publishup-49789}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-497894}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {xvii, 404}, year = {2021}, abstract = {Forschendes Lernen und die digitale Transformation sind zwei der wichtigsten Einfl{\"u}sse auf die Entwicklung der Hochschuldidaktik im deutschprachigen Raum. W{\"a}hrend das forschende Lernen als normative Theorie das sollen beschreibt, geben die digitalen Werkzeuge, alte wie neue, das k{\"o}nnen in vielen Bereichen vor. In der vorliegenden Arbeit wird ein Prozessmodell aufgestellt, was den Versuch unternimmt, das forschende Lernen hinsichtlich interaktiver, gruppenbasierter Prozesse zu systematisieren. Basierend auf dem entwickelten Modell wurde ein Softwareprototyp implementiert, der den gesamten Forschungsprozess begleiten kann. Dabei werden Gruppenformation, Feedback- und Reflexionsprozesse und das Peer Assessment mit Bildungstechnologien unterst{\"u}tzt. Die Entwicklungen wurden in einem qualitativen Experiment eingesetzt, um Systemwissen {\"u}ber die M{\"o}glichkeiten und Grenzen der digitalen Unterst{\"u}tzung von forschendem Lernen zu gewinnen.}, language = {de} } @article{BordihnVaszil2021, author = {Bordihn, Henning and Vaszil, Gy{\"o}rgy}, title = {Reversible parallel communicating finite automata systems}, series = {Acta informatica}, volume = {58}, journal = {Acta informatica}, number = {4}, publisher = {Springer}, address = {Berlin ; Heidelberg ; New York, NY}, issn = {0001-5903}, doi = {10.1007/s00236-021-00396-9}, pages = {263 -- 279}, year = {2021}, abstract = {We study the concept of reversibility in connection with parallel communicating systems of finite automata (PCFA in short). We define the notion of reversibility in the case of PCFA (also covering the non-deterministic case) and discuss the relationship of the reversibility of the systems and the reversibility of its components. We show that a system can be reversible with non-reversible components, and the other way around, the reversibility of the components does not necessarily imply the reversibility of the system as a whole. We also investigate the computational power of deterministic centralized reversible PCFA. We show that these very simple types of PCFA (returning or non-returning) can recognize regular languages which cannot be accepted by reversible (deterministic) finite automata, and that they can even accept languages that are not context-free. We also separate the deterministic and non-deterministic variants in the case of systems with non-returning communication. We show that there are languages accepted by non-deterministic centralized PCFA, which cannot be recognized by any deterministic variant of the same type.}, language = {en} } @phdthesis{Hitz2021, author = {Hitz, Michael}, title = {Modellierung und Generierung kombinierbarer Benutzungsschnittstellenvarianten und deren gemeinschaftliche Nutzung in Dienst-Ökosystemen}, doi = {10.25932/publishup-50022}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-500224}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {viii, 313}, year = {2021}, abstract = {Digitalisierung erm{\"o}glicht es uns, mit Partnern (z.B. Unternehmen, Institutionen) in einer IT-unterst{\"u}tzten Umgebung zu interagieren und T{\"a}tigkeiten auszuf{\"u}hren, die vormals manuell erledigt wurden. Ein Ziel der Digitalisierung ist dabei, Dienstleistungen unterschiedlicher fachlicher Dom{\"a}nen zu Prozessen zu kombinieren und vielen Nutzergruppen bedarfsgerecht zug{\"a}nglich zu machen. Hierzu stellen Anbieter technische Dienste bereit, die in unterschiedliche Anwendungen integriert werden k{\"o}nnen. Die Digitalisierung stellt die Anwendungsentwicklung vor neue Herausforderungen. Ein Aspekt ist die bedarfsgerechte Anbindung von Nutzern an Dienste. Zur Interaktion menschlicher Nutzer mit den Diensten werden Benutzungsschnittstellen ben{\"o}tigt, die auf deren Bed{\"u}rfnisse zugeschnitten sind. Hierzu werden Varianten f{\"u}r spezifische Nutzergruppen (fachliche Varianten) und variierende Umgebungen (technische Varianten) ben{\"o}tigt. Zunehmend m{\"u}ssen diese mit Diensten anderer Anbieter kombiniert werden k{\"o}nnen, um dom{\"a}nen{\"u}bergreifend Prozesse zu Anwendungen mit einem erh{\"o}hten Mehrwert f{\"u}r den Endnutzer zu verkn{\"u}pfen (z.B. eine Flugbuchung mit einer optionalen Reiseversicherung). Die Vielf{\"a}ltigkeit der Varianten l{\"a}sst die Erstellung von Benutzungsschnittstellen komplex und die Ergebnisse sehr individuell erscheinen. Daher werden die Varianten in der Praxis vorwiegend manuell erstellt. Dies f{\"u}hrt zur parallelen Entwicklung einer Vielzahl sehr {\"a}hnlicher Anwendungen, die nur geringes Potential zur Wiederverwendung besitzen. Die Folge sind hohe Aufw{\"a}nde bei Erstellung und Wartung. Dadurch wird h{\"a}ufig auf die Unterst{\"u}tzung kleiner Nutzerkreise mit speziellen Anforderungen verzichtet (z.B. Menschen mit physischen Einschr{\"a}nkungen), sodass diese weiterhin von der Digitalisierung ausgeschlossen bleiben. Die Arbeit stellt eine konsistente L{\"o}sung f{\"u}r diese neuen Herausforderungen mit den Mitteln der modellgetriebenen Entwicklung vor. Sie präsentiert einen Ansatz zur Modellierung von Benutzungsschnittstellen, Varianten und Kompositionen und deren automatischer Generierung f{\"u}r digitale Dienste in einem verteilten Umfeld. Die Arbeit schafft eine L{\"o}sung zur Wiederverwendung und gemeinschaftlichen Nutzung von Benutzungsschnittstellen {\"u}ber Anbietergrenzen hinweg. Sie f{\"u}hrt zu einer Infrastruktur, in der eine Vielzahl von Anbietern ihre Expertise in gemeinschaftliche Anwendungen einbringen k{\"o}nnen. Die Beitr{\"a}ge bestehen im Einzelnen in Konzepten und Metamodellen zur Modellierung von Benutzungsschnittstellen, Varianten und Kompositionen sowie einem Verfahren zu deren vollst{\"a}ndig automatisierten Transformation in funktionale Benutzungsschnittstellen. Zur Umsetzung der gemeinschaftlichen Nutzbarkeit werden diese erg{\"a}nzt um eine universelle Repr{\"a}sentation der Modelle, einer Methodik zur Anbindung unterschiedlicher Dienst-Anbieter sowie einer Architektur zur verteilten Nutzung der Artefakte und Verfahren in einer dienstorientierten Umgebung. Der Ansatz bietet die Chance, unterschiedlichste Menschen bedarfsgerecht an der Digitalisierung teilhaben zu lassen. Damit setzt die Arbeit Impulse f{\"u}r zuk{\"u}nftige Methoden zur Anwendungserstellung in einem zunehmend vielf{\"a}ltigen Umfeld.}, language = {de} } @article{BordihnHolzer2021, author = {Bordihn, Henning and Holzer, Markus}, title = {On the number of active states in finite automata}, series = {Acta informatica}, volume = {58}, journal = {Acta informatica}, number = {4}, publisher = {Springer}, address = {Berlin ; Heidelberg [u.a.]}, issn = {0001-5903}, doi = {10.1007/s00236-021-00397-8}, pages = {301 -- 318}, year = {2021}, abstract = {We introduce a new measure of descriptional complexity on finite automata, called the number of active states. Roughly speaking, the number of active states of an automaton A on input w counts the number of different states visited during the most economic computation of the automaton A for the word w. This concept generalizes to finite automata and regular languages in a straightforward way. We show that the number of active states of both finite automata and regular languages is computable, even with respect to nondeterministic finite automata. We further compare the number of active states to related measures for regular languages. In particular, we show incomparability to the radius of regular languages and that the difference between the number of active states and the total number of states needed in finite automata for a regular language can be of exponential order.}, language = {en} } @misc{Reuss2021, type = {Master Thesis}, author = {Reuß, Florian}, title = {Entwicklung eines Prototyps einer Lernumgebung f{\"u}r interaktive Funktionsanalyse-{\"U}bungen nach einem Gamification- Ansatz}, doi = {10.25932/publishup-51904}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-519041}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {VII, 71}, year = {2021}, abstract = {In vielen Studieng{\"a}ngen kommt es durch die oft heterogenen Vorkenntnisse in der Studieneingangsphase zu mangelnder Motivation durch {\"U}ber- oder Unterforderung. Dieses Problem tritt auch in der musiktheoretischen Grundausbildung an Hochschulen auf. Durch Einsatz von Elementen, die aus dem Unterhaltungskontext gel{\"a}ufig sind, kann eine Steigerung der Motivation erreicht werden. Die Nutzung solcher Elemente wird als Gamification bezeichnet. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, am Fallbeispiel der musiktheoretischen Grundausbildung zu analysieren, ob Lerngelegenheiten durch einen gamifizierten interaktiven Prototyp einer Lernumgebung unterst{\"u}tzt werden k{\"o}nnen. Dazu wird die folgende Forschungsfrage gestellt: Inwieweit wirkt Gamification auf die Motivation bei den Lernenden zur Besch{\"a}ftigung mit dem Thema (musikalische) Funktionsanalyse? Um die Forschungsfragen zu beantworten, wurde zun{\"a}chst ein systematisches, theoriegeleitetes Vorgehensmodell zur Gamification von Lernumgebungen entwickelt und angewandt. Der so entstandene Prototyp wurde anschließend um alle Game-Design-Elemente reduziert und im Rahmen einer experimentellen Studie mit zwei unabh{\"a}ngigen Versuchsgruppen mit der gamifizierten Variante verglichen. Die Untersuchung zeigte, dass die Gamification einer Lernanwendung nach dem entwickelten Vorgehensmodell grunds{\"a}tzlich das Potenzial besitzt, manche Aspekte des Nutzungserlebnisses (UX) positiv zu beeinflussen. Insbesondere hatte die Gamification positive Effekte auf die Joy of Use und die Immersivit{\"a}t. Allerdings blieb das Ausmaß der beobachteten Effekte deutlich hinter den Erwartungen zur{\"u}ck, die auf Basis verschiedener Motivationstheorien getroffen wurden. Daher erscheint Gamification besonders in außeruniversit{\"a}ren Kontexten vielversprechend, in denen der Fokus auf einer Erh{\"o}hung der Joy of Use oder einer Steigerung der Immersivit{\"a}t liegt. Allerdings lassen sich durch die Untersuchung neue Erkenntnisse zur emotionalen Wirkung von Gamification und zu einem systematischen Vorgehen bei der Gamification von Lernanwendungen herausstellen. Weiterf{\"u}hrende Forschung k{\"o}nnte an diese Erkenntnisse ankn{\"u}pfen, indem sie die emotionale Wirkung von Gamification und deren Einfluss auf die Motivation n{\"a}her untersucht. Dar{\"u}ber hinaus sollte sie Gamification auch aus einer entscheidungstheoretischen Perspektive betrachten und Analysemethoden entwickeln, mit denen entschieden werden kann, ob der Einsatz von Gamification zur Motivationssteigerung in einem spezifischen Anwendungsfall zielf{\"u}hrend ist. Unter Verwendung des entwickelten Vorgehensmodells kann es sinnvoll sein, n{\"a}her zu untersuchen, welche Faktoren insgesamt f{\"u}r das Gelingen einer Gamification-Maßnahme in Bildungskontexten entscheidend sind. Die Erkenntnisse einer solchen Untersuchung k{\"o}nnten entscheidend zur Verbesserung und Validierung des Vorgehensmodells beitragen. }, language = {de} } @phdthesis{Zoerner2021, author = {Zoerner, Dietmar}, title = {F{\"o}rderung von Aufmerksamkeit und Motivationserhalt durch digitale spielbasierte Lernsysteme mit spezifischer Eignung bei Autismus}, doi = {10.25932/publishup-52372}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-523725}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {xvi, 324}, year = {2021}, abstract = {Institutionelle Bildung ist f{\"u}r autistische Lernende mit vielgestaltigen und spezifischen Hindernissen verbunden. Dies gilt insbesondere im Zusammenhang mit Inklusion, deren Relevanz nicht zuletzt durch das {\"U}bereinkommen der Vereinten Nationen {\"u}ber die Rechte von Menschen mit Behinderung gegeben ist. Diese Arbeit diskutiert zahlreiche lernrelevante Besonderheiten im Kontext von Autismus und zeigt Diskrepanzen zu den nicht immer ausreichend angemessenen institutionellen Lehrkonzepten. Eine zentrale These ist hierbei, dass die ungew{\"o}hnlich intensive Aufmerksamkeit von Autist*innen f{\"u}r ihre Spezialinteressen daf{\"u}r genutzt werden kann, das Lernen mit fremdgestellten Inhalten zu erleichtern. Darauf aufbauend werden L{\"o}sungsans{\"a}tze diskutiert, welche in einem neuartigen Konzept f{\"u}r ein digitales mehrger{\"a}tebasiertes Lernspiel resultieren. Eine wesentliche Herausforderung bei der Konzeption spielbasierten Lernens besteht in der ad{\"a}quaten Einbindung von Lerninhalten in einen fesselnden narrativen Kontext. Am Beispiel von {\"U}bungen zur emotionalen Deutung von Mimik, welche f{\"u}r das Lernen von sozioemotionalen Kompetenzen besonders im Rahmen von Therapiekonzepten bei Autismus Verwendung finden, wird eine angemessene Narration vorgestellt, welche die st{\"o}rungsarme Einbindung dieser sehr speziellen Lerninhalte erm{\"o}glicht. Die Effekte der einzelnen Konzeptionselemente werden anhand eines prototypisch entwickelten Lernspiels untersucht. Darauf aufbauend zeigt eine quantitative Studie die gute Akzeptanz und Nutzerfreundlichkeit des Spiels und belegte vor allem die Verst{\"a}ndlichkeit der Narration und der Spielelemente. Ein weiterer Schwerpunkt liegt in der minimalinvasiven Untersuchung m{\"o}glicher St{\"o}rungen des Spielerlebnisses durch den Wechsel zwischen verschiedenen Endger{\"a}ten, f{\"u}r die ein innovatives Messverfahren entwickelt wurde. Im Ergebnis beleuchtet diese Arbeit die Bedeutung und die Grenzen von spielbasierten Ans{\"a}tzen f{\"u}r autistische Lernende. Ein großer Teil der vorgestellten Konzepte l{\"a}sst sich auf andersartige Lernszenarien {\"u}bertragen. Das daf{\"u}r entwickelte technische Framework zur Realisierung narrativer Lernpfade ist ebenfalls darauf vorbereitet, f{\"u}r weitere Lernszenarien, gerade auch im institutionellen Kontext, Verwendung zu finden.}, language = {de} } @phdthesis{Weise2021, author = {Weise, Matthias}, title = {Auswahl von Selektions- und Manipulationstechniken f{\"u}r Virtual Reality-Anwendungen}, doi = {10.25932/publishup-53458}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-534586}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {iii, 218}, year = {2021}, abstract = {Die stetige Weiterentwicklung von VR-Systemen bietet neue M{\"o}glichkeiten der Interaktion mit virtuellen Objekten im dreidimensionalen Raum, stellt Entwickelnde von VRAnwendungen aber auch vor neue Herausforderungen. Selektions- und Manipulationstechniken m{\"u}ssen unter Ber{\"u}cksichtigung des Anwendungsszenarios, der Zielgruppe und der zur Verf{\"u}gung stehenden Ein- und Ausgabeger{\"a}te ausgew{\"a}hlt werden. Diese Arbeit leistet einen Beitrag dazu, die Auswahl von passenden Interaktionstechniken zu unterst{\"u}tzen. Hierf{\"u}r wurde eine repr{\"a}sentative Menge von Selektions- und Manipulationstechniken untersucht und, unter Ber{\"u}cksichtigung existierender Klassifikationssysteme, eine Taxonomie entwickelt, die die Analyse der Techniken hinsichtlich interaktionsrelevanter Eigenschaften erm{\"o}glicht. Auf Basis dieser Taxonomie wurden Techniken ausgew{\"a}hlt, die in einer explorativen Studie verglichen wurden, um R{\"u}ckschl{\"u}sse auf die Dimensionen der Taxonomie zu ziehen und neue Indizien f{\"u}r Vor- und Nachteile der Techniken in spezifischen Anwendungsszenarien zu generieren. Die Ergebnisse der Arbeit m{\"u}nden in eine Webanwendung, die Entwickelnde von VR-Anwendungen gezielt dabei unterst{\"u}tzt, passende Selektions- und Manipulationstechniken f{\"u}r ein Anwendungsszenario auszuw{\"a}hlen, indem Techniken auf Basis der Taxonomie gefiltert und unter Verwendung der Resultate aus der Studie sortiert werden k{\"o}nnen.}, language = {de} } @article{KreowskyStabernack2021, author = {Kreowsky, Philipp and Stabernack, Christian Benno}, title = {A full-featured FPGA-based pipelined architecture for SIFT extraction}, series = {IEEE access : practical research, open solutions / Institute of Electrical and Electronics Engineers}, volume = {9}, journal = {IEEE access : practical research, open solutions / Institute of Electrical and Electronics Engineers}, publisher = {Inst. of Electr. and Electronics Engineers}, address = {New York, NY}, issn = {2169-3536}, doi = {10.1109/ACCESS.2021.3104387}, pages = {128564 -- 128573}, year = {2021}, abstract = {Image feature detection is a key task in computer vision. Scale Invariant Feature Transform (SIFT) is a prevalent and well known algorithm for robust feature detection. However, it is computationally demanding and software implementations are not applicable for real-time performance. In this paper, a versatile and pipelined hardware implementation is proposed, that is capable of computing keypoints and rotation invariant descriptors on-chip. All computations are performed in single precision floating-point format which makes it possible to implement the original algorithm with little alteration. Various rotation resolutions and filter kernel sizes are supported for images of any resolution up to ultra-high definition. For full high definition images, 84 fps can be processed. Ultra high definition images can be processed at 21 fps.}, language = {en} } @phdthesis{Sahlmann2021, author = {Sahlmann, Kristina}, title = {Network management with semantic descriptions for interoperability on the Internet of Things}, doi = {10.25932/publishup-52984}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-529846}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {x, 272}, year = {2021}, abstract = {The Internet of Things (IoT) is a system of physical objects that can be discovered, monitored, controlled, or interacted with by electronic devices that communicate over various networking interfaces and eventually can be connected to the wider Internet. [Guinard and Trifa, 2016]. IoT devices are equipped with sensors and/or actuators and may be constrained in terms of memory, computational power, network bandwidth, and energy. Interoperability can help to manage such heterogeneous devices. Interoperability is the ability of different types of systems to work together smoothly. There are four levels of interoperability: physical, network and transport, integration, and data. The data interoperability is subdivided into syntactic and semantic data. Semantic data describes the meaning of data and the common understanding of vocabulary e.g. with the help of dictionaries, taxonomies, ontologies. To achieve interoperability, semantic interoperability is necessary. Many organizations and companies are working on standards and solutions for interoperability in the IoT. However, the commercial solutions produce a vendor lock-in. They focus on centralized approaches such as cloud-based solutions. This thesis proposes a decentralized approach namely Edge Computing. Edge Computing is based on the concepts of mesh networking and distributed processing. This approach has an advantage that information collection and processing are placed closer to the sources of this information. The goals are to reduce traffic, latency, and to be robust against a lossy or failed Internet connection. We see management of IoT devices from the network configuration management perspective. This thesis proposes a framework for network configuration management of heterogeneous, constrained IoT devices by using semantic descriptions for interoperability. The MYNO framework is an acronym for MQTT, YANG, NETCONF and Ontology. The NETCONF protocol is the IETF standard for network configuration management. The MQTT protocol is the de-facto standard in the IoT. We picked up the idea of the NETCONF-MQTT bridge, originally proposed by Scheffler and Bonneß[2017], and extended it with semantic device descriptions. These device descriptions provide a description of the device capabilities. They are based on the oneM2M Base ontology and formalized by the Semantic Web Standards. The novel approach is using a ontology-based device description directly on a constrained device in combination with the MQTT protocol. The bridge was extended in order to query such descriptions. Using a semantic annotation, we achieved that the device capabilities are self-descriptive, machine readable and re-usable. The concept of a Virtual Device was introduced and implemented, based on semantic device descriptions. A Virtual Device aggregates the capabilities of all devices at the edge network and contributes therefore to the scalability. Thus, it is possible to control all devices via a single RPC call. The model-driven NETCONF Web-Client is generated automatically from this YANG model which is generated by the bridge based on the semantic device description. The Web-Client provides a user-friendly interface, offers RPC calls and displays sensor values. We demonstrate the feasibility of this approach in different use cases: sensor and actuator scenarios, as well as event configuration and triggering. The semantic approach results in increased memory overhead. Therefore, we evaluated CBOR and RDF HDT for optimization of ontology-based device descriptions for use on constrained devices. The evaluation shows that CBOR is not suitable for long strings and RDF HDT is a promising candidate but is still a W3C Member Submission. Finally, we used an optimized JSON-LD format for the syntax of the device descriptions. One of the security tasks of network management is the distribution of firmware updates. The MYNO Update Protocol (MUP) was developed and evaluated on constrained devices CC2538dk and 6LoWPAN. The MYNO update process is focused on freshness and authenticity of the firmware. The evaluation shows that it is challenging but feasible to bring the firmware updates to constrained devices using MQTT. As a new requirement for the next MQTT version, we propose to add a slicing feature for the better support of constrained devices. The MQTT broker should slice data to the maximum packet size specified by the device and transfer it slice-by-slice. For the performance and scalability evaluation of MYNO framework, we setup the High Precision Agriculture demonstrator with 10 ESP-32 NodeMCU boards at the edge of the network. The ESP-32 NodeMCU boards, connected by WLAN, were equipped with six sensors and two actuators. The performance evaluation shows that the processing of ontology-based descriptions on a Raspberry Pi 3B with the RDFLib is a challenging task regarding computational power. Nevertheless, it is feasible because it must be done only once per device during the discovery process. The MYNO framework was tested with heterogeneous devices such as CC2538dk from Texas Instruments, Arduino Y{\´u}n Rev 3, and ESP-32 NodeMCU, and IP-based networks such as 6LoWPAN and WLAN. Summarizing, with the MYNO framework we could show that the semantic approach on constrained devices is feasible in the IoT.}, language = {en} } @phdthesis{Grum2021, author = {Grum, Marcus}, title = {Construction of a concept of neuronal modeling}, year = {2021}, abstract = {The business problem of having inefficient processes, imprecise process analyses, and simulations as well as non-transparent artificial neuronal network models can be overcome by an easy-to-use modeling concept. With the aim of developing a flexible and efficient approach to modeling, simulating, and optimizing processes, this paper proposes a flexible Concept of Neuronal Modeling (CoNM). The modeling concept, which is described by the modeling language designed and its mathematical formulation and is connected to a technical substantiation, is based on a collection of novel sub-artifacts. As these have been implemented as a computational model, the set of CoNM tools carries out novel kinds of Neuronal Process Modeling (NPM), Neuronal Process Simulations (NPS), and Neuronal Process Optimizations (NPO). The efficacy of the designed artifacts was demonstrated rigorously by means of six experiments and a simulator of real industrial production processes.}, language = {en} } @article{BauerHerwigLienhardetal.2021, author = {Bauer, Chris and Herwig, Ralf and Lienhard, Matthias and Prasse, Paul and Scheffer, Tobias and Schuchhardt, Johannes}, title = {Large-scale literature mining to assess the relation between anti-cancer drugs and cancer types}, series = {Journal of translational medicine}, volume = {19}, journal = {Journal of translational medicine}, number = {1}, publisher = {BioMed Central}, address = {London}, issn = {1479-5876}, doi = {10.1186/s12967-021-02941-z}, pages = {13}, year = {2021}, abstract = {Background: There is a huge body of scientific literature describing the relation between tumor types and anti-cancer drugs. The vast amount of scientific literature makes it impossible for researchers and physicians to extract all relevant information manually. Methods: In order to cope with the large amount of literature we applied an automated text mining approach to assess the relations between 30 most frequent cancer types and 270 anti-cancer drugs. We applied two different approaches, a classical text mining based on named entity recognition and an AI-based approach employing word embeddings. The consistency of literature mining results was validated with 3 independent methods: first, using data from FDA approvals, second, using experimentally measured IC-50 cell line data and third, using clinical patient survival data. Results: We demonstrated that the automated text mining was able to successfully assess the relation between cancer types and anti-cancer drugs. All validation methods showed a good correspondence between the results from literature mining and independent confirmatory approaches. The relation between most frequent cancer types and drugs employed for their treatment were visualized in a large heatmap. All results are accessible in an interactive web-based knowledge base using the following link: . Conclusions: Our approach is able to assess the relations between compounds and cancer types in an automated manner. Both, cancer types and compounds could be grouped into different clusters. Researchers can use the interactive knowledge base to inspect the presented results and follow their own research questions, for example the identification of novel indication areas for known drugs.}, language = {en} }