TY - JOUR
A1 - Şahin, Muhittin
A1 - Egloffstein, Marc
A1 - Bothe, Max
A1 - Rohloff, Tobias
A1 - Schenk, Nathanael
A1 - Schwerer, Florian
A1 - Ifenthaler, Dirk
T1 - Behavioral Patterns in Enterprise MOOCs at openSAP
JF - EMOOCs 2021
Y1 - 2021
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-517350
SN - 978-3-86956-512-5
VL - 2021
SP - 281
EP - 288
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - JOUR
A1 - Özdemir, Paker Doğu
A1 - Kurban, Caroline Fell
A1 - Pekkan, Zelha Tunç
T1 - MOOC-Based Online Instruction
BT - A Case Study in Teacher Education
JF - EMOOCs 2021
N2 - If taking a flipped learning approach, MOOC content can be used for online pre-class instruction. After which students can put the knowledge they gained from the MOOC into practice either synchronously or asynchronously. This study examined one such, asynchronous, course in teacher education. The course ran with 40 students over 13 weeks from February to May 2020. A case study approach was followed using mixed methods to assess the efficacy of the course. Quantitative data was gathered on achievement of learning outcomes, online engagement, and satisfaction. Qualitative data was gathered via student interviews from which a thematic analysis was undertaken. From a combined analysis of the data, three themes emerged as pertinent to course efficacy: quality and quantity of communication and collaboration; suitability of the MOOC; and significance for career development.
Y1 - 2021
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-516900
SN - 978-3-86956-512-5
VL - 2021
SP - 17
EP - 33
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - THES
A1 - Zuo, Zhe
T1 - From unstructured to structured: Context-based named entity mining from text
T1 - Von unstrukturiert zu strukturiert: Kontextbasierte Gewinnung benannter Entitäten von Text
N2 - With recent advances in the area of information extraction, automatically extracting structured information from a vast amount of unstructured textual data becomes an important task, which is infeasible for humans to capture all information manually. Named entities (e.g., persons, organizations, and locations), which are crucial components in texts, are usually the subjects of structured information from textual documents. Therefore, the task of named entity mining receives much attention. It consists of three major subtasks, which are named entity recognition, named entity linking, and relation extraction.
These three tasks build up an entire pipeline of a named entity mining system, where each of them has its challenges and can be employed for further applications. As a fundamental task in the natural language processing domain, studies on named entity recognition have a long history, and many existing approaches produce reliable results. The task is aiming to extract mentions of named entities in text and identify their types. Named entity linking recently received much attention with the development of knowledge bases that contain rich information about entities. The goal is to disambiguate mentions of named entities and to link them to the corresponding entries in a knowledge base. Relation extraction, as the final step of named entity mining, is a highly challenging task, which is to extract semantic relations between named entities, e.g., the ownership relation between two companies.
In this thesis, we review the state-of-the-art of named entity mining domain in detail, including valuable features, techniques, evaluation methodologies, and so on. Furthermore, we present two of our approaches that focus on the named entity linking and relation extraction tasks separately.
To solve the named entity linking task, we propose the entity linking technique, BEL, which operates on a textual range of relevant terms and aggregates decisions from an ensemble of simple classifiers. Each of the classifiers operates on a randomly sampled subset of the above range. In extensive experiments on hand-labeled and benchmark datasets, our approach outperformed state-of-the-art entity linking techniques, both in terms of quality and efficiency.
For the task of relation extraction, we focus on extracting a specific group of difficult relation types, business relations between companies. These relations can be used to gain valuable insight into the interactions between companies and perform complex analytics, such as predicting risk or valuating companies. Our semi-supervised strategy can extract business relations between companies based on only a few user-provided seed company pairs. By doing so, we also provide a solution for the problem of determining the direction of asymmetric relations, such as the ownership_of relation. We improve the reliability of the extraction process by using a holistic pattern identification method, which classifies the generated extraction patterns. Our experiments show that we can accurately and reliably extract new entity pairs occurring in the target relation by using as few as five labeled seed pairs.
N2 - Mit den jüngsten Fortschritten in den Gebieten der Informationsextraktion wird die automatisierte Extrahierung strukturierter Informationen aus einer unüberschaubaren Menge unstrukturierter Textdaten eine wichtige Aufgabe, deren manuelle Ausführung unzumutbar ist. Benannte Entitäten, (z.B. Personen, Organisationen oder Orte), essentielle Bestandteile in Texten, sind normalerweise der Gegenstand strukturierter Informationen aus Textdokumenten. Daher erhält die Aufgabe der Gewinnung benannter Entitäten viel Aufmerksamkeit. Sie besteht aus drei groen Unteraufgaben, nämlich Erkennung benannter Entitäten, Verbindung benannter Entitäten und Extraktion von Beziehungen.
Diese drei Aufgaben zusammen sind der Grundprozess eines Systems zur Gewinnung benannter Entitäten, wobei jede ihre eigene Herausforderung hat und für weitere Anwendungen eingesetzt werden kann. Als ein fundamentaler Aspekt in der Verarbeitung natürlicher Sprache haben Studien zur Erkennung benannter Entitäten eine lange Geschichte, und viele bestehenden Ansätze erbringen verlässliche Ergebnisse. Die Aufgabe zielt darauf ab, Nennungen benannter Entitäten zu extrahieren und ihre Typen zu bestimmen. Verbindung benannter Entitäten hat in letzter Zeit durch die Entwicklung von Wissensdatenbanken, welche reiche Informationen über Entitäten enthalten, viel Aufmerksamkeit erhalten. Das Ziel ist es, Nennungen benannter Entitäten zu unterscheiden und diese mit dazugehörigen Einträgen in einer Wissensdatenbank zu verknüpfen. Der letzte Schritt der Gewinnung benannter Entitäten, die Extraktion von Beziehungen, ist eine stark anspruchsvolle Aufgabe, nämlich die Extraktion semantischer Beziehungen zwischen Entitäten, z.B. die Eigentümerschaft zwischen zwei Firmen.
In dieser Doktorarbeit arbeiten wir den aktuellen Stand der Wissenschaft in den Domäne der Gewinnung benannter Entitäten auf, unter anderem wertvolle Eigenschaften und Evaluationsmethoden. Darüberhinaus präsentieren wir zwei Ansätze von uns, die jeweils ihren Fokus auf die Verbindung benannter Entitäten sowie der Aufgaben der Extraktion von Beziehungen legen.
Um die Aufgabe der Verbindung benannter Entitäten zu lösen schlagen wir hier die Verbindungstechnik BEL vor, welche auf einer textuellen Bandbreite relevanter Begriffe agiert und Entscheidungen einer Kombination von einfacher Klassifizierer aggregiert. Jeder dieser Klassifizierer arbeitet auf einer zufällig ausgewählten Teilmenge der obigen Bandbreite. In umfangreichen Experimenten mit handannotierten sowie Vergleichsdatensätzen hat unser Ansatz andere Lösungen zur Verbindung benannter Entitäten, die auf dem Stand der aktuellen Technik beruhen, sowie in Bezug auf Qualität als auch Effizienz geschlagen.
Für die Aufgabe der Extraktion von Beziehungen fokussieren wir uns auf eine bestimmte Gruppe schwieriger Beziehungstypen, nämlich die Geschäftsbeziehungen zwischen Firmen. Diese Beziehungen können benutzt werden, um wertvolle Erkenntnisse in das Zusammenspiel von Firmen zu gelangen und komplexe Analysen ausführen, beispielsweise die Risikovorhersage oder Bewertung von Firmen. Unsere teilbeaufsichtigte Strategie kann Geschäftsbeziehungen zwischen Firmen anhand nur weniger nutzergegebener Startwerte von Firmenpaaren extrahieren. Dadurch bieten wir auch eine Lösung für das Problem der Richtungserkennung asymmetrischer Beziehungen, beispielsweise der Eigentumsbeziehung. Wir verbessern die Verlässlichkeit des Extraktionsprozesses, indem wir holistische Musteridentifikationsmethoden verwenden, welche die erstellten Extraktionsmuster klassifizieren. Unsere Experimente zeigen, dass wir neue Entitätenpaare akkurat und verlässlich in der Zielbeziehung mit bereits fünf bezeichneten Startpaaren extrahieren können.
KW - named entity mining
KW - information extraction
KW - natural language processing
KW - Gewinnung benannter Entitäten
KW - Informationsextraktion
KW - maschinelle Verarbeitung natürlicher Sprache
Y1 - 2017
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-412576
ER -
TY - JOUR
A1 - Zieris, Holger
A1 - Gerstberger, Herbert
A1 - Müller, Wolfgang
T1 - Using Arduino-Based Experiments to Integrate Computer Science Education and Natural Science
JF - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
N2 - Current curricular trends require teachers in Baden-
Wuerttemberg (Germany) to integrate Computer Science (CS) into
traditional subjects, such as Physical Science. However, concrete guidelines
are missing. To fill this gap, we outline an approach where a
microcontroller is used to perform and evaluate measurements in the
Physical Science classroom.
Using the open-source Arduino platform, we expect students to acquire
and develop both CS and Physical Science competencies by using a
self-programmed microcontroller. In addition to this combined development
of competencies in Physical Science and CS, the subject matter
will be embedded in suitable contexts and learning environments,
such as weather and climate.
KW - Computer Science Education
KW - Natural Science Education
KW - Inquiry-based Learning
KW - Physical Science
KW - Measurement
KW - Arduino
KW - Sensors
Y1 - 2015
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82938
SN - 1868-0844
SN - 2191-1940
IS - 7
SP - 381
EP - 389
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - THES
A1 - Ziehe, Andreas
T1 - Blind source separation based on joint diagonalization of matrices with applications in biomedical signal processing
T1 - Blinde Signalquellentrennung beruhend auf simultaner Diagonalisierung von Matrizen mit Anwendungen in der biomedizinischen Signalverarbeitung
T1 - Blinde Signalquellentrennung beruhend auf simultaner Diagonalisierung von Matrizen mit Anwendungen in der biomedizinischen Signalverarbeitung
N2 - This thesis is concerned with the solution of the blind source separation problem (BSS). The BSS problem occurs frequently in various scientific and technical applications. In essence, it consists in separating meaningful underlying components out of a mixture of a multitude of superimposed signals. In the recent research literature there are two related approaches to the BSS problem: The first is known as Independent Component Analysis (ICA), where the goal is to transform the data such that the components become as independent as possible. The second is based on the notion of diagonality of certain characteristic matrices derived from the data. Here the goal is to transform the matrices such that they become as diagonal as possible. In this thesis we study the latter method of approximate joint diagonalization (AJD) to achieve a solution of the BSS problem. After an introduction to the general setting, the thesis provides an overview on particular choices for the set of target matrices that can be used for BSS by joint diagonalization. As the main contribution of the thesis, new algorithms for approximate joint diagonalization of several matrices with non-orthogonal transformations are developed. These newly developed algorithms will be tested on synthetic benchmark datasets and compared to other previous diagonalization algorithms. Applications of the BSS methods to biomedical signal processing are discussed and exemplified with real-life data sets of multi-channel biomagnetic recordings.
N2 - Diese Arbeit befasst sich mit der Lösung des Problems der blinden Signalquellentrennung (BSS). Das BSS Problem tritt häufig in vielen wissenschaftlichen und technischen Anwendungen auf. Im Kern besteht das Problem darin, aus einem Gemisch von überlagerten Signalen die zugrundeliegenden Quellsignale zu extrahieren. In wissenschaftlichen Publikationen zu diesem Thema werden hauptsächlich zwei Lösungsansätze verfolgt: Ein Ansatz ist die sogenannte "Analyse der unabhängigen Komponenten", die zum Ziel hat, eine lineare Transformation V der Daten X zu finden, sodass die Komponenten Un der transformierten Daten U = V X (die sogenannten "independent components") so unabhängig wie möglich sind. Ein anderer Ansatz beruht auf einer simultanen Diagonalisierung mehrerer spezieller Matrizen, die aus den Daten gebildet werden. Diese Möglichkeit der Lösung des Problems der blinden Signalquellentrennung bildet den Schwerpunkt dieser Arbeit. Als Hauptbeitrag der vorliegenden Arbeit präsentieren wir neue Algorithmen zur simultanen Diagonalisierung mehrerer Matrizen mit Hilfe einer nicht-orthogonalen Transformation. Die neu entwickelten Algorithmen werden anhand von numerischen Simulationen getestet und mit bereits bestehenden Diagonalisierungsalgorithmen verglichen. Es zeigt sich, dass unser neues Verfahren sehr effizient und leistungsfähig ist. Schließlich werden Anwendungen der BSS Methoden auf Probleme der biomedizinischen Signalverarbeitung erläutert und anhand von realistischen biomagnetischen Messdaten wird die Nützlichkeit in der explorativen Datenanalyse unter Beweis gestellt.
KW - Signaltrennung
KW - Mischung
KW - Diagonalisierung
KW - Bioelektrisches Signal
KW - Magnetoencephalographie
KW - Elektroencephalographie
KW - Signalquellentrennung
KW - Matrizen-Eigenwertaufgabe
KW - Simultane Diagonalisierung
KW - Optimierungsproblem
KW - blind source separation
KW - BSS
KW - ICA
KW - independent component analysis
KW - approximate joint diagonalization
KW - EEG
KW - MEG
Y1 - 2005
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-5694
ER -
TY - CHAP
A1 - Zhou, Neng-Fa
T1 - What I have learned from all these solver competitions
N2 - In this talk, I would like to share my experiences gained from participating in four CSP solver competitions and the second ASP solver competition. In particular, I’ll talk about how various programming techniques can make huge differences in solving some of the benchmark problems used in the competitions. These techniques include global constraints, table constraints, and problem-specific propagators and labeling strategies for selecting variables and values. I’ll present these techniques with experimental results from B-Prolog and other CLP(FD) systems.
Y1 - 2010
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-41431
ER -
TY - BOOK
A1 - Zhang, Shuhao
A1 - Plauth, Max
A1 - Eberhardt, Felix
A1 - Polze, Andreas
A1 - Lehmann, Jens
A1 - Sejdiu, Gezim
A1 - Jabeen, Hajira
A1 - Servadei, Lorenzo
A1 - Möstl, Christian
A1 - Bär, Florian
A1 - Netzeband, André
A1 - Schmidt, Rainer
A1 - Knigge, Marlene
A1 - Hecht, Sonja
A1 - Prifti, Loina
A1 - Krcmar, Helmut
A1 - Sapegin, Andrey
A1 - Jaeger, David
A1 - Cheng, Feng
A1 - Meinel, Christoph
A1 - Friedrich, Tobias
A1 - Rothenberger, Ralf
A1 - Sutton, Andrew M.
A1 - Sidorova, Julia A.
A1 - Lundberg, Lars
A1 - Rosander, Oliver
A1 - Sköld, Lars
A1 - Di Varano, Igor
A1 - van der Walt, Estée
A1 - Eloff, Jan H. P.
A1 - Fabian, Benjamin
A1 - Baumann, Annika
A1 - Ermakova, Tatiana
A1 - Kelkel, Stefan
A1 - Choudhary, Yash
A1 - Cooray, Thilini
A1 - Rodríguez, Jorge
A1 - Medina-Pérez, Miguel Angel
A1 - Trejo, Luis A.
A1 - Barrera-Animas, Ari Yair
A1 - Monroy-Borja, Raúl
A1 - López-Cuevas, Armando
A1 - Ramírez-Márquez, José Emmanuel
A1 - Grohmann, Maria
A1 - Niederleithinger, Ernst
A1 - Podapati, Sasidhar
A1 - Schmidt, Christopher
A1 - Huegle, Johannes
A1 - de Oliveira, Roberto C. L.
A1 - Soares, Fábio Mendes
A1 - van Hoorn, André
A1 - Neumer, Tamas
A1 - Willnecker, Felix
A1 - Wilhelm, Mathias
A1 - Kuster, Bernhard
ED - Meinel, Christoph
ED - Polze, Andreas
ED - Beins, Karsten
ED - Strotmann, Rolf
ED - Seibold, Ulrich
ED - Rödszus, Kurt
ED - Müller, Jürgen
T1 - HPI Future SOC Lab – Proceedings 2017
T1 - HPI Future SOC Lab – Proceedings 2017
N2 - The “HPI Future SOC Lab” is a cooperation of the Hasso Plattner Institute (HPI) and industry partners. Its mission is to enable and promote exchange and interaction between the research community and the industry partners.
The HPI Future SOC Lab provides researchers with free of charge access to a complete infrastructure of state of the art hard and software. This infrastructure includes components, which might be too expensive for an ordinary research environment, such as servers with up to 64 cores and 2 TB main memory. The offerings address researchers particularly from but not limited to the areas of computer science and business information systems. Main areas of research include cloud computing, parallelization, and In-Memory technologies.
This technical report presents results of research projects executed in 2017. Selected projects have presented their results on April 25th and November 15th 2017 at the Future SOC Lab Day events.
N2 - Das Future SOC Lab am HPI ist eine Kooperation des Hasso-Plattner-Instituts mit verschiedenen Industriepartnern. Seine Aufgabe ist die Ermöglichung und Förderung des Austausches zwischen Forschungsgemeinschaft und Industrie.
Am Lab wird interessierten Wissenschaftlern eine Infrastruktur von neuester Hard- und Software kostenfrei für Forschungszwecke zur Verfügung gestellt. Dazu zählen teilweise noch nicht am Markt verfügbare Technologien, die im normalen Hochschulbereich in der Regel nicht zu finanzieren wären, bspw. Server mit bis zu 64 Cores und 2 TB Hauptspeicher. Diese Angebote richten sich insbesondere an Wissenschaftler in den Gebieten Informatik und Wirtschaftsinformatik. Einige der Schwerpunkte sind Cloud Computing, Parallelisierung und In-Memory Technologien.
In diesem Technischen Bericht werden die Ergebnisse der Forschungsprojekte des Jahres 2017 vorgestellt. Ausgewählte Projekte stellten ihre Ergebnisse am 25. April und 15. November 2017 im Rahmen der Future SOC Lab Tag Veranstaltungen vor.
T3 - Technische Berichte des Hasso-Plattner-Instituts für Digital Engineering an der Universität Potsdam - 130
KW - Future SOC Lab
KW - research projects
KW - multicore architectures
KW - In-Memory technology
KW - cloud computing
KW - machine learning
KW - artifical intelligence
KW - Future SOC Lab
KW - Forschungsprojekte
KW - Multicore Architekturen
KW - In-Memory Technologie
KW - Cloud Computing
KW - maschinelles Lernen
KW - Künstliche Intelligenz
Y1 - 2020
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-433100
SN - 978-3-86956-475-3
SN - 1613-5652
SN - 2191-1665
IS - 130
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - JOUR
A1 - Xu, Rudan
A1 - Razaghi-Moghadam, Zahra
A1 - Nikoloski, Zoran
T1 - Maximization of non-idle enzymes improves the coverage of the estimated maximal in vivo enzyme catalytic rates in Escherichia coli
JF - Bioinformatics
N2 - Motivation:
Constraint-based modeling approaches allow the estimation of maximal in vivo enzyme catalytic rates that can serve as proxies for enzyme turnover numbers. Yet, genome-scale flux profiling remains a challenge in deploying these approaches to catalogue proxies for enzyme catalytic rates across organisms.
Results:
Here, we formulate a constraint-based approach, termed NIDLE-flux, to estimate fluxes at a genome-scale level by using the principle of efficient usage of expressed enzymes. Using proteomics data from Escherichia coli, we show that the fluxes estimated by NIDLE-flux and the existing approaches are in excellent qualitative agreement (Pearson correlation > 0.9). We also find that the maximal in vivo catalytic rates estimated by NIDLE-flux exhibits a Pearson correlation of 0.74 with in vitro enzyme turnover numbers. However, NIDLE-flux results in a 1.4-fold increase in the size of the estimated maximal in vivo catalytic rates in comparison to the contenders. Integration of the maximum in vivo catalytic rates with publically available proteomics and metabolomics data provide a better match to fluxes estimated by NIDLE-flux. Therefore, NIDLE-flux facilitates more effective usage of proteomics data to estimate proxies for kcatomes.
Y1 - 2021
U6 - https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btab575
SN - 1367-4803
SN - 1460-2059
VL - 37
IS - 21
SP - 3848
EP - 3855
PB - Oxford Univ. Press
CY - Oxford
ER -
TY - BOOK
A1 - Wätzoldt, Sebastian
A1 - Giese, Holger
T1 - Modeling collaborations in self-adaptive systems of systems
BT - terms, characteristics, requirements, and scenarios
N2 - An increasing demand on functionality and flexibility leads to an integration of beforehand isolated system solutions building a so-called System of Systems (SoS). Furthermore, the overall SoS should be adaptive to react on changing requirements and environmental conditions. Due SoS are composed of different independent systems that may join or leave the overall SoS at arbitrary point in times, the SoS structure varies during the systems lifetime and the overall SoS behavior emerges from the capabilities of the contained subsystems. In such complex system ensembles new demands of understanding the interaction among subsystems, the coupling of shared system knowledge and the influence of local adaptation strategies to the overall resulting system behavior arise. In this report, we formulate research questions with the focus of modeling interactions between system parts inside a SoS. Furthermore, we define our notion of important system types and terms by retrieving the current state of the art from literature. Having a common understanding of SoS, we discuss a set of typical SoS characteristics and derive general requirements for a collaboration modeling language. Additionally, we retrieve a broad spectrum of real scenarios and frameworks from literature and discuss how these scenarios cope with different characteristics of SoS. Finally, we discuss the state of the art for existing modeling languages that cope with collaborations for different system types such as SoS.
N2 - Steigende Anforderungen zum Funktionsumfang und der Flexibilität von Systemen führt zur Integration von zuvor isolierten Systemlösungen zu sogenannten System of Systems (SoS). Weiterhin sollten solche SoS adaptive Eigenschaften aufweisen, die es ihm ermöglichen auf sich ändernde Anforderungen und Umwelteinflüsse zu reagieren. Weil SoS aus unterschiedlichen, unabhängigen Subsystemen zusammengesetzt sind, die wiederum das übergeordnete SoS zu beliebigen Zeitpunkten erweitern oder verlassen können, ist das SoS durch eine variable Systemstruktur gekennzeichnet. Weiterhin definieren sich der Funktionsumfang des SoS und dessen Potenzial aus den enthaltenen Subsystemen. Solche komplexen Systemzusammenstellungen erfordern neue Untersuchungstechniken, um die Interaktion der einzelnen Subsysteme, die Kopplung von geteilten Daten und den Einfluss von lokalen Adaptionsstrategien auf das Gesamtsystem besser verstehen zu können. In diesem Bericht formulieren wir aktuelle Forschungsfragen mit dem Fokus auf der Modellierung von Interaktionen zwischen verschiedenen Systemteilen innerhalt eines SoS. Weiterhin definieren wir wichtige Systemtypen und Begriffe aus diesem Bereich durch das Zusammentragen aktueller Literatur. Nachdem wir ein gemeinsames Verständnis über SoS geschaffen haben, leiten wir typische SoS Eigenschaften und allgemeine Anforderungen für eine Modellierungssprache für Kollaborationen ab. Zusätzlich führen wir eine Literaturstudie durch, in der wir ein breites Spektrum von realen Szenarios und existierenden Frameworks zusammentragen, an denen wir die aufgezeigten SoS Eigenschaften diskutieren. Abschließend beschreiben wir den Stand der Wissenschaft bezüglich existierender Modellierungssprachen, die sich mit Kollaborationen in verschiedenen Arten von Systemen, wie SoS, beschäftigen.
T3 - Technische Berichte des Hasso-Plattner-Instituts für Digital Engineering an der Universität Potsdam - 96
KW - modeling
KW - collaboration
KW - system of systems
KW - cyber-physical systems
KW - feedback loops
KW - adaptive systems
KW - Modellierung
KW - Kollaborationen
KW - System of Systems
KW - Cyber-Physical Systems
KW - Feedback Loops
KW - adaptive Systeme
Y1 - 2015
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-73036
SN - 978-3-86956-324-4
SN - 1613-5652
SN - 2191-1665
IS - 96
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - THES
A1 - Wätzoldt, Sebastian
T1 - Modeling collaborations in adaptive systems of systems
T1 - Modellierung von Kollaborationen für adaptive Systeme von Systemen
N2 - Recently, due to an increasing demand on functionality and flexibility, beforehand isolated systems have become interconnected to gain powerful adaptive Systems of Systems (SoS) solutions with an overall robust, flexible and emergent behavior. The adaptive SoS comprises a variety of different system types ranging from small embedded to adaptive cyber-physical systems. On the one hand, each system is independent, follows a local strategy and optimizes its behavior to reach its goals. On the other hand, systems must cooperate with each other to enrich the overall functionality to jointly perform on the SoS level reaching global goals, which cannot be satisfied by one system alone. Due to difficulties of local and global behavior optimizations conflicts may arise between systems that have to be solved by the adaptive SoS.
This thesis proposes a modeling language that facilitates the description of an adaptive SoS by considering the adaptation capabilities in form of feedback loops as first class entities. Moreover, this thesis adopts the Models@runtime approach to integrate the available knowledge in the systems as runtime models into the modeled adaptation logic. Furthermore, the modeling language focuses on the description of system interactions within the adaptive SoS to reason about individual system functionality and how it emerges via collaborations to an overall joint SoS behavior. Therefore, the modeling language approach enables the specification of local adaptive system behavior, the integration of knowledge in form of runtime models and the joint interactions via collaboration to place the available adaptive behavior in an overall layered, adaptive SoS architecture.
Beside the modeling language, this thesis proposes analysis rules to investigate the modeled adaptive SoS, which enables the detection of architectural patterns as well as design flaws and pinpoints to possible system threats. Moreover, a simulation framework is presented, which allows the direct execution of the modeled SoS architecture. Therefore, the analysis rules and the simulation framework can be used to verify the interplay between systems as well as the modeled adaptation effects within the SoS. This thesis realizes the proposed concepts of the modeling language by mapping them to a state of the art standard from the automotive domain and thus, showing their applicability to actual systems. Finally, the modeling language approach is evaluated by remodeling up to date research scenarios from different domains, which demonstrates that the modeling language concepts are powerful enough to cope with a broad range of existing research problems.
N2 - Seit einiger Zeit führen ein ansteigender Bedarf nach erweiterter Systemfunktionalität und deren flexible Verwendung zu vernetzten Systemen, die sich zu einem übergeordneten adaptiven System von Systemen (SoS) zusammenschließen. Dieser SoS Zusammenschluss zeigt ein gewünschtes, robustes und flexibles Gesamtverhalten, welches sich aus der Funktionalität der einzelnen Systeme zusammensetzt. Das SoS beinhaltet eine Vielzahl von verschiedenen Systemarten, die sich von eingebetteten bis hin zu Cyber-Physical Systems erstrecken. Einerseits optimiert jedes einzelne System sein Verhalten bezüglich lokaler Ziele. Anderseits müssen die Systeme miteinander interagieren, um neue, zusammengesetzte Funktionalitäten bereitzustellen und damit vorgegebene SoS Ziele zu erreichen, welche durch ein einzelnes System nicht erfüllt werden können. Die Schwierigkeit besteht nun darin, Konflikte zwischen lokalen und globalen Verhaltensstrategien zwischen Systemen innerhalb des SoS zu beseitigen.
Diese Doktorarbeit stellt eine Modellierungssprache vor, welche für die Beschreibung von adaptiven SoS geeignet ist. Dabei berücksichtigt die Modellierungssprache die Adaptionslogik des SoS in Form von periodischen Adaptationsschleifen als primäres Sprachkonstrukt. Außerdem übernimmt diese Arbeit den Models@runtime Ansatz, um verfügbares Systemwissen als Laufzeitmodelle in die Adaptationslogik des Systems zu integrieren. Weiterhin liegt der Fokus der Modellierungssprache auf der Beschreibung von Systeminteraktionen innerhalb des SoS. Dies ermöglicht Schlussfolgerungen von individuellem Systemverhalten sowie deren Aggregation zu kollaborativem Verhalten im Kontext von Systeminteraktionen im SoS. Damit unterstützt die entwickelte Modellierungssprache die Beschreibung von lokalem adaptivem Verhalten, die Integration von Wissen über die Modellierung von Laufzeitmodellen und Systeminteraktionen in Form von kollaborativem Verhalten. Alle drei Aspekte werden in die adaptive SoS Architektur integriert.
Neben der entwickelten Modellierungssprache führt diese Doktorarbeit Analyseregeln zur Untersuchung des modellierten SoS ein. Diese Regeln ermöglichen die Erkennung von Architekturmustern und möglichen Schwächen im Systementwurf. Zusätzlich wird eine Simulationsumgebung für die Modellierungssprache präsentiert, welche die direkte Ausführung von einer modellierten SoS Architektur erlaubt. Die Analyseregeln und die Simulationsumgebung dienen demnach sowohl der Verifizierung von Systeminteraktionen als auch der spezifizierten Adaptationslogik innerhalb des SoS. Die vorliegende Arbeit implementiert die vorgestellten Konzepte der Modellierungssprache durch deren Abbildung auf einen aktuellen Standard im Automobilbereich und zeigt damit die Anwendbarkeit der Sprache auf gegenwärtige Systeme. Zum Schluss findet eine Evaluierung der Modellierungssprache statt, wobei aktuelle Forschungsszenarien aus unterschiedlichen Bereichen erneut mit der vorgestellten Sprache modelliert werden. Dies zeigt, dass die Modellierungskonzepte geeignet sind, um weite Bereiche existierender Forschungsprobleme zu bewältigen.
KW - deurema modeling language
KW - adaptive systems
KW - systems of systems
KW - runtime models
KW - feedback loop modeling
KW - collaborations
KW - Deurema Modellierungssprache
KW - Kollaborationen
KW - adaptive Systeme
KW - Systeme von Systemen
KW - Laufzeitmodelle
KW - Feedback Loop Modellierung
Y1 - 2016
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-97494
ER -