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Auflistung D12 (2011) - Ausgezeichnete Informatikdissertationen nach Erscheinungsdatum
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- TextdokumentGround Station Networks for Efficient Operation of Distributed Small Satellite Systems(Ausgezeichnete Informatikdissertationen 2011, ) Schmidt, MarcoSatellitenformationen und Konstellationen rücken immer mehr in den Fokus aktueller Weltraumforschung, ausgelöst durch die jüngsten Fortschritte in der Kleinsatelliten-Entwicklung. Der Einsatz von verteilten Weltraumsystemen ermöglicht die Realisierung von innovativen Anwendungen auf Basis von hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung in Observationsszenarien. Allerdings bringt dieses neue Paradigma der Raumfahrttechnik auch Herausforderungen in verschiedenen Forschungsfeldern mit sich. In dieser Arbeit werden neue Netzwerk-Konzepte für Raumfahrtmissionen unter Einsatz von Bodenstationsnetzwerken vorgestellt. Die präsentierten Verfahren koordinieren verfügbare Bodenstationsressourcen um einen robusten und effizienten Kommunikationslink zu ermöglichen.
- TextdokumentEinsatz von Lasttransformationen und ihren Invertierungen zur realitätsnahen Lastmodellierung in Rechnernetzen(Ausgezeichnete Informatikdissertationen 2011, ) Heckmüller, StephanDie im Folgenden zusammengefasste Dissertation [Hec11] befasst sich mit der Charakterisierung von Lasten in Rechnernetzen. Da moderne Rechnernetze aus einer Vielzahl von Einzelkomponenten bestehen, welche die Charakteristika der Last verändern, wird besonderes Augenmerk auf die Abhängigkeit der Lasteigenschaften von der betrachteten Schnittstelle gelegt. Die Veränderung von Lasteigenschaften durch Auftragsverarbeitung wird durch das Konzept der Lasttransformation formalisiert. Hierbei ist Lasttransformation als Transformation einer Primärlast in eine Sekundärlast durch ein verarbeitendes System zu verstehen. Aufbauend auf dem Konzept der Lasttransformation werden Transformationen, wie sie durch häufig eingesetzte Verarbeitungsmechanismen in heutigen Netzen vorgenommen werden, als Abbildungen auf markovschen Prozessen modelliert. Hierzu werden für solche Primärlasten, die sich als Batch Markovian Arrival Process (BMAP) charakterisieren lassen, Beschreibungen der Sekundärlast als BMAP angegeben. Es werden modellbasierte Transformationen für Fragmentierungsmechanismen, verlustbehaftete Übertragungen und Ratenkontrollmechanismen vorgeschlagen und diskutiert. Umfangreiche Validationsstudien bestätigen den hohen Grad an Realitätsnähe der vorgeschlagenen modellbasierten Transformationen. Neben der Betrachtung der in Rechnernetzen auftretenden Lasttransformationen wird das hierzu inverse Problem der inversen Lasttransformation untersucht. Diesbezüglich wird die inverse Transformation von Auftragslängen untersucht. Darüber hinaus werden Verfahren vorgeschlagen, um die Charakteristika des Ankunftsprozesses eines zeitdiskreten Warteschlangensystems ausgehend von der Kenntnis des Abgangsprozesses zu rekonstruieren.
- TextdokumentEntwicklung einer Komplexitätstheorie für randomisierte Suchheuristiken: Black-Box-Modelle(Ausgezeichnete Informatikdissertationen 2011, ) Winzen, CarolaRandomisierte Suchheuristiken sind problemunabhängige Algorithmen, die sowohl im wissenschaftlichen als auch im industriellen Kontext zur Optimierung von schwierigen Problemen genutzt werden. Sie sind einfach zu implementieren, lassen sich vielseitig einsetzen und liefern überraschend häufig bereits in kurzer Zeit sehr gute Ergebnisse. Daher sind randomisierte Suchheuristiken weit verbreitet. Ein großes Problem in Anwendung von randomisierten Suchheuristiken ist jedoch die Tatsache, dass sich schwer vorhersagen lässt, ob sich das zu optimierende Problem gut durch eine geeignete Heuristik lösen lässt oder ob andere problemspezifische Verfahren deutliche besser geeignet sind. Mit meiner Dissertation leisten wir einen Beitrag zur Entwicklung einer Komplexitätstheorie für randomisierte Suchheuristiken. Unser langfristiges Ziel ist die Charakterisierung von Problemklassen in solche, die sich schnell und zuverlässig durch Suchheuristiken optimieren lassen und solche, für die grundsätzlich andere Methoden besser geeignet sind.
- TextdokumentAdaptive Verfahren zur nutzerzentrierten Organisation von Musiksammlungen(Ausgezeichnete Informatikdissertationen 2011, ) Stober, SebastianMusic Information Retrieval (MIR) Systeme müssen fazettenreiche Informationen verarbeiten und gleichzeitig mit heterogenen Nutzern umgehen können. Insbesondere wenn es darum geht, eine Musiksammlung zu organisieren, stellen die verschiedenen Sichtweisen der Nutzer, verursacht durch deren unterschiedliche Kompetenz, musikalischen Hintergrund und Geschmack, eine große Herausforderung dar. Diese Herausforderung wird hier adressiert, indem adaptive Verfahren für verschiedene Elemente von MIR Systemen vorgeschlagen werden: Datenadaptive Techniken zur Merkmalsextraktion werden beschrieben, welche zum Ziel haben, die Qualität und Robustheit der aus Audioaufnahmen extrahierten Informationen zu verbessern. Das klassische Problem der Genreklassifikation wird aus einer neuen nutzerzentrierten Sichtweise behandelt – anknüpfend an die Idee idiosynkratischer Genres, welche die persönlichen Hörgewohnheiten eines Nutzer besser widerspiegeln. Eine adaptive Visualisierungstechnik zur Exploration und Organisation von Musiksammlungen wird entwickelt, die insbesondere Darstellungsfehler adressiert, welche ein weit verbreitetes und unumgängliche Problem von Techniken zur Dimensionsreduktion sind. Darüber hinaus wird umrissen, wie diese Technik eingesetzt werden kann, um die Interessantheit von Musikempfehlungen zu verbessern, und neue blickbasierte Interaktionstechniken ermöglicht. Schließlich wird ein allgemeiner Ansatz für adaptive Musikähnlichkeit vorgestellt, welcher als Kern für eine Vielzahl adaptiver MIR Anwendungen dient. Die Einsatzmöglichkeiten der beschriebenen Verfahren werden an verschiedenen Anwendungsprototypen gezeigt.
- TextdokumentExponentielle untere Schranken zur Lösung infinitärer Auszahlungsspiele und linearer Programme(Ausgezeichnete Informatikdissertationen 2011, ) Friedmann, OliverWir betrachten die Strategieverbesserungstechnik zur Lösung infinitärer Auszahlungsspiele sowie den Simplexalgorithmus zur Lösung damit assoziierter linearer Programme. Unser Beitrag zur Strategieverbesserung und zum Simplexverfahren besteht in der Konstruktion exponentieller unterer Schranken für mehrere Verbesserungs- bzw. Pivotregeln. Für jede Verbesserungsregel, die wir in dieser Arbeit unter die Lupe nehmen, konstruieren wir Zweispieler-Paritätsspiele, zu deren Lösung der entsprechend parametrisierte Strategieverbesserungsalgorithmus eine exponentielle Anzahl an Iterationen benötigt. Anschließend übersetzen wir diese Spiele in Einspieler-Markov-Entscheidungsprozesse, die wiederum beinahe direkt in konkrete lineare Programme überführt werden können, zu deren Lösung der entsprechende parametrisierte Simplexalgorithmus dieselbe Anzahl an Iterationen benötigt. Zusätzlich zeigen wir, wie sich die unteren Schranken auf expressivere Spieleklassen wie Auszahlungs- und stochastische Auszahlungsspiele übertragen lassen.
- TextdokumentKonstruktion selbst-organisierender Softwaresysteme(Ausgezeichnete Informatikdissertationen 2011, ) Seebach, HellaSelbst-Organisation ist die Fähigkeit eines Systems, ohne externe Eingriffe die eigene Struktur zu verändern. Sie ermöglicht es somit, dass ein System selbständig sowohl auf interne Veränderungen als auch auf Umweltveränderungen reagieren kann. Dieses Phänomen wird in vielen Disziplinen wie der Physik, der Philosophie und der Biologie untersucht. In der Informatik wurde die Forschung in Richtung dieser Eigenschaft ebenfalls intensiviert. Es wird analysiert, wie Selbst-Organisationsmechanismen, die in der Natur beobachtbar sind, auf Informatiksysteme übertragen werden können. Das Ziel ist es, die steigende Komplexität der Computersysteme in den Griff zu bekommen und die Systeme robuster gegenüber Veränderungen der Umwelt zu machen. In dieser Dissertation wurde ein Verfahren entwickelt, mit dem solche selbst-organisierenden Softwaresysteme top-down, standardisiert und reproduzierbar konstruiert werden können. Eine der größten Herausforderungen war dabei, mit dem nicht vorhersagbaren Verhalten der Systeme umzugehen.
- TextdokumentOntologiebasierte Applikationsintegration auf Nutzerschnittstellenebene(Ausgezeichnete Informatikdissertationen 2011, ) Paulheim, HeikoTypische IT-Landschaften bestehen aus verschiedenen Anwendungen, die parallel genutzt werden. Die Kombination solcher Anwendungen zu integrierten Systemen ist nicht trivial, insbesondere dann nicht, wenn die bestehenden Nutzerschnittstellen weiter verwendet werden sollen. Existierende Ansätze wie Portal- oder Mashup-Lösungen sind vielfach nicht flexibel genug, um eine nahtlose Integration unter Wahrung des Paradigmas der losen Kopplung zu implementieren. Diese Dissertation stellt einen Ansatz vor, der Ontologien und Reasoning nutzt, um Applikationen auf Nutzerschnittstellenebene zu integrieren. Die Arbeit zeigt auf, wie sowohl technologische als auch konzeptionelle Heterogenitäten zwischen den integrierten Applikationen durch den Einsatz von Ontologien überwunden werden können, und diskutiert eine effiziente Implementierung der semantik- und regelgestützten Verarbeitung von Nachrichten zwischen Applikationen. Darüber hinaus wird aufgezeigt, wie der Nutzer bei der Interaktion mit derart integrierten System zusätzlich unterstützt werden kann. Die gesamte Arbeit wird in einer begleitenden Fallstudie aus dem Bereich des Katastrophenmanagements auf ihre praktische Umsetzbarkeit hin geprüft.
- TextdokumentSymbolische Methoden für die probabilistische Verifikation – Zustandsraumreduktion und Gegenbeispiele(Ausgezeichnete Informatikdissertationen 2011, ) Wimmer, RalfEin bekanntes Hindernis für die formale Verifikation von Systemen bildet die potentiell stark anwachsende Größe des Zustandsraums, genannt "Zustandsraumexplosion". Dieses Problem konnte für digitale Schaltungen durch den Einsatz symbolischer Methoden zufriedenstellend gelöst oder zumindest entscheidend entschärft werden. Für probabilistische Systeme, die als Markow-Kette oder Markow-Entscheidungsprozess modelliert sind, brachte die direkte Übertragung dieser symbolischen Methoden bisher keinen Durchbruch. In dieser Arbeit stellen wir zwei neue Ansätze vor, mit denen Markow-Modelle mit sehr großen Zustandsräumen verifiziert werden können. Die erste Methode ist ein symbolisches Verfahren zur Vorverarbeitung: Zu jedem Markow-Modell berechnen wir mit rein symbolischen Verfahren das kleinste Modell, das in den interessierenden Eigenschaften mit dem Original-Modell übereinstimmt. Die Verifikation kann danach auf dem minimierten Modell durchgeführt werden. Das zweite offene Problem, das in der Dissertation gelöst wird, ist die symbolische Berechnung von Gegenbeispielen, wenn Sicherheitseigenschaften von Markow-Ketten mit diskreter Zeit verletzt sind. Anhand von Experimenten wird gezeigt, dass die neu entwickelten Verfahren den bisher verfügbaren Verfahren hinsichtlich der Laufzeit bzw. der Größe der handhabbaren Systeme deutlich überlegen sind.
- TextdokumentInclusion of Pattern Languages and Related Problems(Ausgezeichnete Informatikdissertationen 2011, ) Freydenberger, Dominik D.Patternsprachen sind ein einfacher und eleganter Mechanismus zur Beschreibung von Sprachen, deren Wörter über Wiederholungen definiert sind. Trotz dieser Einfachheit sind viele der kanonischen Fragestellungen für Patternsprachen überraschend schwer zu lösen. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit verschiedenen Aspekten des Inklusionsproblems für Patternsprachen. Neben Beweisen zur Unentscheidbarkeit dieses Problems, selbst für verschiedene stark eingeschränkte Unterklassen, werden die Resultate auf regex, eine in modernen Programmiersprachen weit verbreitete Erweiterung der regulären Ausdrücke übertragen. Ein weiterer Schwerpunkt der Untersuchungen sind die Existenz und Berechnung deskriptiver Pattern, welche inklusionsminimale Verallgemeinerungen beliebiger Sprachen durch Patternsprachen darstellen.
- TextdokumentDynamische Code-Evolution für Java(Ausgezeichnete Informatikdissertationen 2011, ) Würthinger, ThomasDynamische Code-Evolution ermöglicht strukturelle Änderungen an laufenden Programmen. Das Programm wird temporär angehalten, der Programmierer verändert den Quelltext und dann wird die Ausführung mit der neuen Programm-Version fortgesetzt. Diese Arbeit beschreibt einen neuartigen Algorithmus für die unlimitierte dynamische Neudefinition von Java-Klassen in einer virtuellen Maschine. Die unterstützten Änderungen beinhalten das Hinzufügen und Entfernen von Feldern und Methoden sowie Veränderungen der Klassenhierarchie. Der Zeitpunkt der Veränderung ist nicht beschränkt und die aktuell laufenden Ausführungen von alten Versionen einer Methode werden fortgesetzt. Mögliche Verletzungen der Typsicherheit werden erkannt und führen zu einem Abbruch der Neudefinition. Die entwickelten Techniken können die Entwicklung neuer Programme beschleunigen sowie den Versionswechsel ohne Abschaltpause von Server-Anwendungen ermöglichen. Die Arbeit präsentiert auch ein Programmiermodell für sichere dynamische Aktualisierungen und diskutiert nützliche Limitierungen, die es dem Programmierer ermöglichen, über die semantische Korrektheit einer Aktualisierung Schlussfolgerungen zu ziehen. Alle Algorithmen sind in der Java HotSpot VM implementiert und es wird derzeit seitens Oracle an der Integration in die offizielle Java-Version gearbeitet. Die Evaluierung zeigt, dass die neuen Fähigkeiten weder vor noch nach einer dynamischen Veränderung einen negativen Einfluss auf die Spitzenleistung der virtuellen Maschine haben.