2006 - Institut für Parallele und Verteilte Systeme - Universität Stuttgart

Strömungen in komplizierten und veränderlichen Geometrien 53
SULKA 54
Self-Study Online: Automatisierte Korrektur von Aufgaben zur numerischen Programmierung 55
Simulation Technology Goes Mobile 55
Abteilung Verteilte Systeme (VS) 56
NET – Network Emulation Testbed 56
TinyCubus 56
Peer to Peer Pervasive Computing 57
Konsistente Datenhaltung in mobilen ad hoc und Sensornetzen 59
Adaptive Informationsausbreitung in mobilen ad hoc und Sensornetzen 59
Partitionierung in mobilen Ad-hoc-Netzen 59
Sonderforschungsbereich 627: NEXUS - Umgebungsmodelle für mobile kontextbezogene Systeme 60
Teilprojekt A2: Modellbasierte Kommunikation 60
Teilprojekt B3: Lokationsmanagement und Informationsdiffusion 62
Simulation von Netzwerkprotokollen 63
UniTEC: Ein verteiltes Peer-to-Peer Reputationssystem 64
Abteilungsübergreifende Projekte 66
Sonderforschungsbereich 627: NEXUS - Umgebungsmodelle für mobile kontextbezogene Systeme 66
Die Vision des Sonderforschungsbereichs 66
Wissenschaftliche Fragestellungen 68
Entstehung und Entwicklung des Sonderforschungsbereichs 71
Organisation und Kontakt 71
Sonderforschungsbereich 627 - Teilprojekt N1: Entwicklung kontextbezogener Systeme 71
Transferbereich 059 -TF2: Wirtschaftliche Wandlungsfähigkeit im produzierenden Mittelstand 72
3 Besondere Ereignisse 73
Ferienakademie im Sarntal 73
4 Lehre 74
Lehrveranstaltungen 74
Sommersemester 2005 74
Wintersemester 2005/06 75
Studienarbeiten 77
Fachstudien 79
Diplomarbeiten 79
Promotionen 83
Habilitationen 83
5 Publikationen 84
Veröffentlichungen 84
Berichte 91
Vorträge 91
Projektdemonstrationen 93
6 Gremien und gutachterliche Tätigkeiten 94
Gremien 94
Gutachterliche Tätigkeiten 95
7

Die Abteilung Infrastruktur bündelt die drei Aufgabenfelder Projektkoordination,
Geschäftsstelle und Rechnerlabor. Die Abteilungsleitung wird vom Projektkoordinator
wahrgenommen. Insgesamt kann die Abteilung Infrastruktur als Dienstleister
des IPVS für die genannten Aufgabenbereiche angesehen werden, ein organisatorischer
Ansatz, welcher sich im Laufe der Zeit sehr bewährt hat.
Die hauptsächlichen Aufgaben der Abteilungsleitung und Projektkkordination
beinhalten die Unterstützung der Akquisition und Durchführung von nationalen
und europaweiten Verbundvorhaben im Bereich der Grundlagen als auch
angewandten Forschung. Dazu gehört seit 2003 auch die Wahrnehmung der Geschäftsführung
des SFB 627 „Umgebungsmodelle für mobile kontextbezogene Systeme“.
Der Bereich der Geschäftsführung des Instituts umfasst neben den üblichen
Aufgaben der Personalführung und Budgetverwaltung die Organisation und
Ausrichtung von Veranstaltungen und Tagungen aller Art, Umsetzung von Schulungsmaßnahmen
für die Mitarbeiter des Instituts, Erstellung und Publikation diverser
Drucksachen (u. a. Jahresbericht, Institutsfaltblätter und Broschüren),
Aufsetzen von Toolsunterstützung, Pflege der Außendarstellung des Instituts, Betreuung
von Veträgen und Vereinbarungen und Unterstützung bei institutsübergreifenden
Aufgaben (Fakultät, Universität). Dem Projektkoordinator stehen hierzu
ein Abteilungssekretariat und zusätzlich eine Verwaltungsstelle für die Geschäftsführung
des SFB 627 zur Verfügung.
Die Geschäftsstelle unterscheidet zwischen der Personal- und Budgetverwaltung
im Bereich der Haushaltsführung und der erwirtschafteten Drittmittel aus
Verbund- und Kooperatinsvorhaben. Die Abwicklung des Tagesgeschäftes wie die
Bewirtschaftung der Personal-, Sach- und Investitionsmittel, die Personalverwaltung,
die Durchführung der Beschaffungen vom Büromaterial bis zum Hochleistungsrechner
als auch die Organisation von Gastaufenthalten von Wissenschaftlern
am IPVS bilden die Kernpunkte der Aktivitäten.
Das Rechnerlabor stellt primär die Betreuung des am Institut eingesetzten
Maschinenparks und Datennetzes sowie die Beschaffung der benötigten Hard- und
Software sicher, soweit diese Aufgaben nicht von den einzelnen Fachabteilungen
selbst wahrgenommen werden. Die Betreuung der zentralen Forschungs-, Serverund
Arbeitsplatzsysteme des IPVS gehört ebenso dazu wie die Beratung und Unterstützung
der Fachabteilungen des IPVS bei der Rechnernutzung. Weiterhin fallen
die Koordination der Fachabteilungen des IPVS untereinander, die Abstimmung
mit den Zentralen Diensten Informatik sowie mit dem Institutsverbund Informatik
(IVI) als Aufgabeinhalte an. Auch formt die Mitarbeit in fakultätsweiten
Arbeitsgruppen bzgl. Rechnerausstattung einen wichtigen Bereich.
Im Berichtszeitraum gab es folgende größere Veränderungen:
• Beschaffung einer SUN Fire V440 als neuer Institutsserver.
• Beschaffung eines Doppelprozessorservers als Einstieg in Windows.
• Beschaffung von 3 Servern für die Abteilung AS.
• Ein Teil der Drucker wurde durch neuere Geräte ersetzt.
25

Das Simulationspaket ist freie Software, benützt frei verfügbare Bibliotheken und
erscheint unter der GNU public license. Damit die Software einem möglichst breiten
Benutzerkreis zur Verfügung steht, werden sowohl die gängigen UNIX-basierten
Betriebssysteme unterstützt, als auch die Windows Plattformen. Die Software
sowie eine ausführlichere Dokumentation ist verfügbar unter der URL:
www.AnT4669.de
2.2.6 I-SWARM - Intelligent Small World Autonomous Robots for Micromanipulation
Dr. V. Avrutin, O. Kornienko, S. Kornienko
Das Hauptziel des europäischen Projektes 'I-SWARM' stellt ein Schwarm aus Hunderten
bis Tausenden von Mikroroboter dar, der in der Lage ist, Aufgaben zu erledigen,
welche weder von einem einzelnen Roboter noch von einer kleinen Gruppe
dieser Roboter erfüllt werden können. Zu beachten ist dabei die geplante Größe
einzelner Roboter (ca. 3x3 mm 2 ), die eine völlig neue Dimension in der modernen
Robotik darstellt. Die Roboter müssen dann in der Mikro-Welt agieren, d.h. in einer
Welt, in der beispielsweise die Gravitation keine große Rolle mehr spielt, sondern
eher die elektrostatischen und magnetischen Kräfte.
Der Ausgangspunkt für die Arbeit in diesem Projekt stellt die Annahme dar,
dass in den Schwärmen von Mikrorobotern Selbstorganisationseffekte auftreten
können, ähnlich wie in der Insekten-Welt bei Ameisen-Staaten und Bienen-Kolonien.
Diese Annahme hat sich inzwischen erfolgreich bestätigt. Im Gegensatz zu
den Selbstorganisationsphänomenen in der Natur, bei denen die Wechselwirkungen
zwischen einzelnen Teilen des Gesamtsystems typischerweise durch die physikalischen
Kräfte gegeben sind, müssen die zur Selbstorganisation in technischen
Systemen führenden Wechselwirkungen entwickelt werden. Entsprechend diesem
Ziel sind im Rahmen des Projektes bestimmte Verhaltensregeln und die Kommunikationsmechanismen
für die einzelnen Roboter erarbeitet worden, die zum kollektiven
Verhalten führen. Es ist zu beachten, dass die entwickelten Regeln nur
sensorielle Information verwenden, so dass das Verhalten der Roboter ausschließlich
auf lokalen Interaktionen basiert und keine globale Information voraussetzt.
Darauf aufbauend wurde das Prinzip der hierarchischen Selbstorganisation verfolgt,
nach dem die Selbstorganisation in mehreren aufeinander folgenden Stufen
abläuft. Als erster Schritt dieses Prozesses wird in unserer Arbeit die einfache Kettenbildung
verwendet, die somit die Grundlage für komplexere Szenarien, wie z.B.
kollektive Exploration, kollektive Objektmessung, etc., darstellt. Die mathematische
Grundlage der entwickelten Simulationsmodelle stellen, abhängig von der
Komplexitätsstufe des betrachteten Anwendungsszenario, entweder standarde
oder hierarchische hybride Automaten dar. Somit besteht die Möglichkeit, stabile
und validierbare Modelle effizient zu erstellen. Dies ist insofern wichtig, weil die
darauf aufbauende Simulation die Untersuchung der gewünschten Selbstorganisationseffekte
ermöglichen und auch die Spezifikation der Anforderungen an die
Hardware unterstützen muss. Um die beschriebenen Mechanismen zu testen und
44

Bild 18 (a)-(c) Erfassung der Oberflächengeometrien, (d)-(f) die entsprechenden
2D-Tiefbilder
Bild 19 Kollektive Wahrnehmung in einem kleinen Roboter-Schwarm
Das Projekt „Kollektive Mikrorobotik“ läuft in der Kooperation mit dem Projekt I-
Swarm (siehe Abschnitt 2.2.4) Die Ergebnisse des Projektes wurden bei vielen internationalen
Veranstaltungen dargestellt. Weitere Informationen befinden sich
unter der URL:
www.swarmrobot.org
47

2.3 Abteilung Integrierter Systementwurf (ISE)
2.3.1 EU-Verbundprojekt SEEMseed – Study, Evaluate and Explore in
the Domain of the Single Electronic European Market
M. Ryba, M. Matthiesen (IFS)
Das Konzept des Single European Electronic Market (SEEM) zielt auf die Bereitstellung
eines offenen, elektronischen Marktplatzes auf dem sowohl Unternehmen
beliebiger Größe als auch Einzelpersonen Geschäftsprozesse abwickeln können.
Vor allem soll eine elektronische Arbeitsumgebung geschaffen werden, welche die
Wertschöpfung in dynamischen Netzwerken durch qualitativ hochwertige Werkzeuge
und Dienste unterstützt. Neben technologischen Aspekten spielen dabei juristische
Rahmenbedingungen und zu erwartende sozio-ökonomische Auswirkungen
eine zentrale Rolle.
SEEMseed ist ein europäisches Verbundprojekt der Priorität 8 „Policy-oriented
Research“ und soll zur Formulierung und Realisierung der EU-Strategie in Hinblick
auf den SEEM beitragen. Daher liegt ein Schwerpunkt des Projekts in der
Sammlung, Analyse und Aufbereitung von industriellen und gesellschaftichen Anforderungen
an den SEEM. Weiterhin werden notwendige Basistechnologien entwickelt
und an einem Beispielszenario prototypisch getestet. Ein weiterer
Schwerpunkt ist die Verbreitung der Projektergebisse, sowie deren Diskussion mit
relevanten Interessengruppen.
2.3.2 EU-Verbundprojekt SEAMLESS – Small Enterprises Accessing
the Electronic Market of the Enlarged Europe by a Smart Service
Infrastructure
M. Ryba, M. Matthiesen (IFS)
SEAMLESS greift die Ergebnisse des Projekts SEEMseed auf und hat am 1. Januar
2006 begonnen. Im Rahmen des Projekts wird eine experimentelle Infrastruktur
für einen europaweiten elektronischen Markt geschaffen, wobei die speziellen Anforderungen
kleiner und mittlerer Unternehmen im Vordergrund stehen. Wesentliche
Themen sind dabei die Entwicklung eines organisatorischen Rahmens und
angepasster Geschäftsmodelle, die Erstellung branchenspezifischer Ontologien
und die Entwicklung einer technischen Infrastruktur sowie darauf aufbauender
Dienste.
48

Technischen Universität München. Als zentrale Fragestellung soll untersucht
werden, wie Planungsprozesse im Bauwesen gestaltet werden können und wie die
Kooperation zwischen den Planungsbeteiligten verbessert werden kann, wenn für
die geometrische Beschreibung eines Bauwerks durchgängig ein volumenorientiertes
Modell zur Verwendung kommt.
Nach erfolgreicher Integration unterschiedlicher Simulationsaufgaben (z.B.
Strömungssimulation, Gebäudenavigation und Gebäudeevakuierung) in ein Oktalbaum-basiertes
Framework für kooperatives Arbeiten wurde zuletzt die Statiksimulation
als zusätzlicher Dienst in dieses Framework eingebettet. Durch die hierarchische
Organisation der Elemente einer Finite-Elemente-Diskretisierung (p-
Version) lässt sich die Statiksimulation zudem effizient steuern, was im Fall (lokaler)
Änderungen des zu Grunde liegenden geometrischen Modells zu einer erheblichen
Reduzierung des Berechnungsaufwands führt. Basierend auf dem Prinzip der
Nested Dissection (bekannt aus dem Bereich der Gebietszerlegung) lassen sich bereits
aus einem vorangegangen Schritt bekannte Ergebnisse zur Lösung verwenden
und somit redundante Berechnungen vermeiden.
Außerdem ist aufgrund der hierarchischen Organisation eine inhärente Verteilung
gegeben, die mit Hinblick auf das verwendete Verfahren neben einer verteilten
Datenhaltung auch eine verteilte Berechnung erlaubt. Hierfür lassen sich
Grid-Dienste (etwa im Rahmen des Globus Toolkit 4) Gewinn bringend einsetzen.
Ein einzelner Bearbeiter kann somit Modifikationen an lokal gehaltenen Teilmodellen
vornehmen und deren Einflüsse auf die gesamte Statik studieren, ohne dafür
das Gesamtmodell vorrätig halten zu müssen (was oftmals bedingt durch sehr
hohen Speicheraufwand auch nicht möglich ist).
http://www.iib.bauing.tu-darmstadt.de/dfg-spp1103/
Bild 21 Detailstudie im Rahmen der Statiksimulation – durch effiziente Organisation
und Steuerung des Simulationsprozesses lassen sich redundante
Berechnungen im Fall lokaler Änderungen weitestgehend vermeiden
50

Experimenten zu erlauben. Ein weiteres Ziel ist die Einbindung von Studenten
und die Verwendung des Simulators als Demonstrator in der Lehre.
2.5.9 UniTEC: Ein verteiltes Peer-to-Peer Reputationssystem
M. Kinateder
Trust und Trust Management sind Forschungsgebiete, die insbesondere in den
letzten 5 Jahren stetig an Bedeutung gewonnen haben. Im UniTEC Projekt beschäftigten
wir uns mit der Fragestellung, wie Vertrauensaufbau in einer digitalen
Welt vonstatten geht, wie Vertrauen in eine Entität modelliert und weitergegeben
werden kann. Die entwickelten Konzepte und Algorithmen wurden in einem verteilten
Reputationssystem prototypisch umgesetzt.
In UniTEC speichert jeder Teilnehmer Erfahrungen über Aktionen mit anderen
Entitäten. Durch eine Bewertung der Qualität der Aktion erfolgt eine entsprechende
Aktualisierung des Vertrauenswertes jeder Entität in der zur Erfahrung
bzw. Aktion passenden Kategorie. Somit wird letztendlich eine Gruppe von „Experten“
pro Kategorie aufgebaut. Soll nun beispielsweise eine Anfrage an das System
nach einer Empfehlung aus einem bestimmten Bereich gestellt werden, so wird
diese Anfrage primär an die zu diesem Bereich passende Expertengruppe gestellt.
Im allgemeinen sind Experten in einem Bereich sehr gut vernetzt mit anderen
Experten in demselben Gebiet. Erhält also ein Experte eine solche Anfrage, kann
sie an andere Experten weitergeleitet werden. Nach der Theorie der Small Worlds
ist zu erwarten, dass in sehr wenigen Weiterleitungsschritten bereits sehr gute Experten
zu finden sind. Nachdem der Anfragende eine Anzahl von Empfehlungen
auf die Anfrage erhalten hat, wird das transitive Vertrauen in die jeweiligen Empfehlenden
bestimmt und dem Anfragenden präsentiert. Die Ergebnisse der Untersuchungen
im Bereich des transitiven Vertrauens wurden auf FAST 2003
erstmalig veröffentlicht. Eine umfassendere überarbeitete Version wird 2006 beim
Journal Web Intelligence and Agent Systems erscheinen.
Zu einem späteren Zeitpunkt kann i.a. eingeschätzt werden, welche Empfehlung
passend und welche unpassend war. Diese Erfahrung wird dem System in einem
Feedbackschritt mitgeteilt. In Abhängigkeit hiervon wird der Vertrauenswert
der Empfehlenden in der entsprechenden Kategorie angepasst. In UniTEC wurde
ein generisches Vertrauens-Modell entwickelt, welches es erlaubt, zahlreiche existierende
Vertrauensaktualisierungsalgorithmen aus den verwandten Arbeiten zu
integrieren und - erstmalig - auch zu vergleichen. Des weiteren erlaubt das Modell
auch die Berücksichtigung verschiedener Vertrauenskategorien und deren Abhängigkeiten.
Die gewonnenen Erkenntnisse wurden publiziert auf iTrust 2003 sowie
iTrust 2005.
Aufgrund der Tatsache, dass dieses Erstellen von detaillierten Benutzerprofilen
eine Verletzung der Privatsphäre darstellt, werden Pseudonyme, also virtuelle
Identitäten, anstatt echter Identitäten verwendet. Ein Algorithmus zur Unterstützung
anonymer Kommunikation zwischen Pseudonymen wurde entwickelt und im
Rahmen des UniTEC Prototyps realisiert. Die Ergebnisse der Evaluation wurden
64

auf der ACM SAC 2005 publiziert. Eine erweiterte Version wurde beim International
Journal for Infonomics im Rahmen eines Beitrags zu Selected papers of the
ACM SAC 2005 TRECK Track veröffentlicht. Prinzipiell ermöglicht die Verwendung
virtueller Identitäten sogenannte Sybil Angriffe, welche es einem Angreifer
in einem Empfehlungssystem durch die Erstellung unzähliger Pseudonyme und
gegenseitiges Bewerten erlauben, einen künstlichen Vertrauenswert zu generieren.
Durch die Kombination von Zahlungssystemen und Reputationsmechanismen,
genauer gesagt durch die Integration eines Originalitätsmerkmals in
Empfehlungen, haben wir auf der IEEE CCNC 2004 einen Mechanismus vorgestellt,
welcher diese Angriffe vereitelt.
65

2.6 Abteilungsübergreifende Projekte
2.6.1 Sonderforschungsbereich 627: NEXUS - Umgebungsmodelle für
mobile kontextbezogene Systeme
M. Bauer (VS), C. Becker (VS), S. Bürklen (VS), T. Drosdol (VS),
D. Dudkowski (VS), F. Dürr (VS), J. Geiger (VS), M. Großmann (AS),
J. Hähner (VS), N. Hönle (AS), M. Knoll (EKS), U.-P. Käppeler (BV),
R. Lange (VS), D. Nicklas (AS), T. Schwarz (AS), T. Weis (EKS),
O. Zweigle (BV)
Seit Januar 2003 beschäftigt sich der durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft
(DFG) finanzierte Sonderforschungsbereich „Umgebungsmodelle für mobile kontextbezogene
Systeme“ (Nexus) mit der Unterstützung orts- und kontextbezogener
Systeme. Der Sonderforschungsbereich, der bei einer Gesamtlaufzeit von zwölf
Jahren zunächst für vier Jahre bewilligt wurde, integriert neben einem starken Informatikschwerpunkt
auch Forscher aus anderen Disziplinen, wie der Photogrammetrie,
Technikphilosophie, Elektrotechnik und Fertigungstechnik. Mit einer Größe
von 22 von der DFG finanzierten wissenschaftlichen Mitarbeitern und einem
Fördervolumen von ca. sechs Millionen Euro in der ersten vierjährigen Förderperiode
stellt dieser Sonderforschungsbereich einen europaweit einzigartigen
Schwerpunkt in den Zukunftstechnologien „Pervasive“ und „Ubiquitous Computing“
dar, der vergleichbar mit den fünf großen Leitprojekten in diesem Bereich aus
den USA ist. Sprecher des Sonderforschungsbereichs ist Prof. Dr. Kurt Rothermel
vom Institut für Parallele und Verteilte Systeme. Eine Beschreibung der Teilprojekte
findet sich bei den Projektdarstellungen der beteiligten Abteilungen VS, AS,
BV (siehe Seiten 60, 32 und 35).
2.6.1.1 Die Vision des Sonderforschungsbereichs
Die rasch fortschreitende Entwicklung und Verbreitung von Mobilkommunikation
birgt ein hohes Potenzial für ein breites Spektrum innovativer Anwendungen. Weiter
unterstützt wird dies durch die Verfügbarkeit mobiler multifunktionaler Endgeräte,
die neben Kommunikations- und Rechnerfunktionen auch unterschiedliche
Sensoren, beispielsweise zur Positionsbestimmung integrieren. Eine weitere interessante
Entwicklung wird unter dem Schlagwort „Ubiquitous Computing“ zusammengefasst:
Systeme werden (in großer Anzahl) in Alltagsgegenstände integriert
und machen diese kommunikationsfähig und „intelligent“. Alltagsgegenstände
können nun Informationen über ihren Zustand und den der Umgebung erfassen.
Durch die Einbettung der Informationen in Modelle der realen Welt, die durch
dreidimensionale Darstellung heute schon realitätsnah repräsentiert werden können,
entstehen digitale Weltmodelle. Innerhalb dieser Weltmodelle können nicht
nur real existierende Objekte und ihr Zustand abgebildet werden, sondern zusätzliche
Informationen mit diesen Objekten verknüpft werden. Es entsteht eine Symbiose
aus realer Welt und digitalen Informationsräumen.
66

Auf der Grundlage dieser technischen Entwicklungen ergeben sich eine Reihe neuer
interessanter Anwendungsfelder. Eines davon sind die so genannten kontextbezogenen
(context-aware) Systeme, die Parameter ihrer Umgebung berücksichtigen
und sich dadurch der jeweiligen Situation anpassen können. Ein signifikanter Umgebungsparameter,
welcher in ortsbezogenen (location-aware) Systemen eine zentrale
Rolle einnimmt, ist die aktuelle Position des Benutzers.
Die Interpretation der meisten Kontextparameter setzt ein mehr oder weniger
detailliertes Umgebungsmodell voraus. Durch den Zusammenschluss solcher Umgebungsmodelle
entstehen digitale Weltmodelle. Langfristiges Ziel des Sonderforschungsbereichs
ist die Entwicklung von Methoden und Verfahren zur Realisierung
von umfassenden und detaillierten Weltmodellen für mobile kontextbezogene
Anwendungen. Weltmodelle sollen stationäre Objekte wie auch mobile Objekte der
realen Welt enthalten. Außerdem sollen sie durch virtuelle Objekte und Dienste
angereichert werden können. Die Modellierung der physischen Welt, welche durch
dreidimensionale Darstellung heute schon realitätsnah repräsentiert werden
kann, führt bereits zu einem Umgebungsmodell. Darüber hinaus können Alltagsgegenstände
Informationen über ihren Zustand und den der Umgebung erfassen,
und in das Umgebungsmodell einbetten. Schließlich können real existierende Objekte
mit zusätzlichen Informationen verknüpft werden und virtuelle Objekte hinzugefügt
werden.
Die Ausgestaltung solcher Umgebungsmodelle kann von einfachen geometrischen
Modellen über Straßenkarten bis hin zu hochkomplexen dreidimensionalen
Modellen von Gebäuden reichen. Bild 28 zeigt ein automatisch generiertes dreidimensionales
Modell, das um die Texturen einiger Häuserfronten ergänzt wurde.
Neben der Visualisierung solcher Modelle für Navigations- oder Informationszwecke
lassen sich durch Bilderkennungsverfahren auch Rückschlüsse auf die Umgebung
eines mobilen Anwenders, wie dessen Blickrichtung, ableiten.
Bild 28 Ein dreidimensionales Modell des Stuttgarter Neuen Schlosses
67

Auf Basis solcher digitalen Weltmodelle werden neue, innovative Anwendungen
möglich, die auf Informationen der realen, durch Sensoren erfassten Welt und die
zusätzlich aggregierten Informationen zurückgreifen können. Informationssysteme
auf Basis digitaler Weltmodelle können den Benutzerort, seine Tätigkeit und
Umgebung ausnutzen, um Informationen anzubieten. Dabei können existierende
Technologien wie Navigationssysteme in Fahrzeugen oder Handys benutzt werden,
aber auch neue Entwicklungen wie Brillen mit eingeblendetem Bildschirm
oder in die Kleidung integrierte Anzeigen zum Einsatz kommen. Aufgrund der Informationsfülle
werden nur solche Informationen angezeigt, die für den Benutzer
aufgrund seiner Person (Präferenz, Zugangsberechtigung oder Identität, etc.) oder
Tätigkeit (Einkaufen, Touristentour, Wartungsarbeiten in einem Gebäude, etc.)
relevant sind.
Nicht nur menschliche Nutzer können von solchen digitalen Weltmodellen profitieren.
Durch die Miniaturisierung von Computern können Werkstücke und Verbrauchsmaterialen
sich in einer „Smart Factory“ selbst organisieren und zu einem
verbesserten Produktionsablauf führen. Weitere innovative Anwendungsfelder ergeben
sich beispielsweise in der Unterstützung behinderter Menschen. Navigationssysteme
für sehbehinderte Menschen können aufgrund der Informationen des
digitalen Weltmodells Hindernisse, den Zustand von Ampeln oder Gruppen anderer
Menschen erkennen und Hinweise für die Wegewahl geben.
Das Ziel des Sonderforschungsbereichs besteht in der Erforschung von Konzepten
und Methoden für die Erstellung, Nutzung, Aktualisierung und Ausgestaltung
solcher digitaler Weltmodelle. Neben den technischen Fragestellungen, die sich
aus der Zusammenführung diverser Themenbereiche der Informatik, Geo-Informationssysteme,
Datenbanken und anderer technischer Disziplinen ergeben, folgen
aus solchen digitalen Weltmodellen Fragestellungen im Bereich der Informationssicherheit
und der gesellschaftlichen Akzeptanz. Die interdisziplinäre Zusammensetzung
des Sonderforschungsbereichs gewährleistet insbesondere Forschung
bezüglich der Fragestellungen nach sicherer Nutzung personenbezogener
Daten sowie der gesellschaftlichen Relevanz und Akzeptanz solcher Informationssysteme.
2.6.1.2 Wissenschaftliche Fragestellungen
Es wäre unrealistisch anzunehmen, dass ein homogenes, allumfassendes digitales
Weltmodell sämtlichen Anforderungen technischer und organisatorischer Art gerecht
werden könnte. Vielmehr muss man davon ausgehen, dass eine Vielzahl heterogener
Umgebungsmodelle entstehen wird, die über geeignete Föderations- und
Integrationskonzepte zu einem umfassenden digitalen Weltmodell zusammengeführt
werden, so dass den Anwendungen trotzdem eine globale Sicht auf die Umgebungsinformation
geboten werden kann.
Der Sonderforschungsbereich befasst sich mit dem Problem der Realisierung
föderierter Umgebungsmodelle, was nicht nur Aspekte der Modellierung und Verwaltung
von Umgebungsinformation, sondern auch Fragen der Kommunikation,
68

2.6.1.3 Entstehung und Entwicklung des Sonderforschungsbereichs
Der Sonderforschungsbereich geht auf eine Forschergruppe zurück, die vom Institut
für Photogrammetrie (Prof. Fritsch), dem Institut für Kommunikationsnetze
und Rechnersysteme (Prof. Kühn) und dem Institut für Parallele und Verteilte
Systeme (Prof. Rothermel, Prof. Mitschang) gebildet wurde. In drei Jahren erfolgreicher
Forschung stellte sich heraus, dass eine Ausweitung des Projekts auf weitere
Bereiche notwendig ist, um dieses zukunftsträchtige Forschungsgebiet im internationalen
Vergleich adäquat zu besetzen. Die hierfür notwendige Größe hat
zur Bildung eines interdisziplinären Sonderforschungsbereichs im Jahre 2003 geführt.
2.6.1.4 Organisation und Kontakt
Der Sonderforschungsbereich gliedert sich in 14 wissenschaftliche Teilprojekte
und eine Nachwuchsgruppe aus insgesamt sechs Disziplinen (Informatik, Elektrotechnik,
Photogrammetrie, Verkehrswesen, Fertigungstechnik und Technikphilosophie)
mit einem Informatik-Schwerpunkt. Sprecher des Sonderforschungsbereichs
ist Prof. Dr. Kurt Rothermel vom Institut für Parallele und Verteilte Systeme.
22 wissenschaftliche Mitarbeiter forschen unter der Leitung von 11 Teilprojektleitern
und einem Leiter der Nachwuchsgruppe. Das Finanzvolumen des Sonderforschungsbereichs
beträgt ca. 6 Millionen Euro in der ersten Förderperiode
von vier Jahren.
Weitere Informationen sind im WWW zu finden unter
http://www.nexus.uni-stuttgart.de
2.6.2 Sonderforschungsbereich 627 - Teilprojekt N1: Entwicklung kontextbezogener
Systeme
T. Weis (EKS), M. Knoll (EKS)
Seit August 2005 wird der Sonderforschungsbereich durch die Nachwuchsgruppe
Entwicklung kontextbezogener Systeme (EKS) verstärkt. Ihr Forschungsschwerpunkt
liegt auf der Konzeption und Entwicklung modellgetriebener Entwicklungswerkzeuge
für kontextbezogene Anwendungen. Um das Erstellen von kontext-bezogenen
Anwendungen zu vereinfachen, müssen zwei primäre Probleme gelöst
werden. Erstens, muss dem Programmierer eine Modellierungs- bzw. Programmiersprache
zur Verfügung gestellt werden um kontextbezogene Anwendungen
geeignet spezifieren zu können. Zum Zweiten muss diese Spezifikation automatisch
in eine effiziente verteilte Implementierung transformiert werden.
In kontextbasierten Systemen liegt der Fokus auf dem Gesamtsystem, weniger
auf dem einzelnen Computer. Dieser Abstraktionsgrad soll auch an den Programmierer
weitergegeben werden. Neue Entwicklungswerkzeuge werden es dem Programmierer
ermöglichen gegen dieses Gesamtsystem zu programmieren. Welche
einzelnen Geräte des Systems welchen Teil der geforderten Leistung erbringen
und wie sich diese koordinieren muss ihn nicht mehr interessieren, da dieses Problem
von generativen Entwicklungswerkzeugen gelöst wird. Der generative An-
71

3 Besondere Ereignisse
3.1 Ferienakademie im Sarntal
Seit dem Jahr 2002 beteiligt sich die Universität Stuttgart an der Ferienakademie
im Sarntal in Südtirol. Die Ferienakademie wird seit 1984 mit großem Erfolg
durchgeführt, vor 2002 von der Universität Erlangen-Nürnberg und der TU München.
Sie wird durch Spenden finanziert, unter anderem vom Informatik-Forum
Stuttgart (infos), und hat mit ihrem Angebot von Kursen mit meist technisch-naturwissenschaftlichen
Themen das Ziel, begabte, motivierte und interessierte Studierende
abseits vom universitären Alltag in engem Kontakt zwischen Lehrenden
und Lernenden gezielt zu fördern.
Auch im Jahr 2005 fand die Ferienakademie mit Kursthemen wie „Inside Google
– Algorithmics of Search Engines“, „Data Warehousing und Business Intelligence“
oder „Numerische Simulation – vom Modell zur Visualisierung“ großen Zuspruch
bei den Studierenden der Studiengänge Informatik und Softwaretechnik.
Bild 29 Ferienakademie = Seminar + Freizeit
73

Image Understanding (Bildverstehen I) 2V Prof. Levi
Image Understanding (MSc InfoTech) 4P H. Rajaie
Introduction to Distributed Systems 3V Prof. Rothermel
1Ü M. Gauger
Mobile Computing 2V Prof. Rothermel
Net-based Applications 2V J. Hähner
D. Nicklas
1Ü J. Hähner
D. Nicklas
Numerische und stochastische Grundlagen 3V Dr. M. Schanz
der Informatik 2Ü Dr. M. Schanz
Periphere Geräte 2V Dr. R. Böhm
Rechnerkommunikation und Betriebssysteme 3V Prof. Rothermel
1Ü J. Geiger
Rechnernetze II 2V J. Hähner
G. Schiele
A. Wacker
Robotik I 2V R. Lafrenz
RoboCup 2HS Prof. Levi
R. Lafrenz
Sensornetze 2V Dr. Marrón
1Ü O. Saukh
D. Minder
A. Lachenmann
Sicherheit in Verteilten Systemen: 2S A. Wacker
Sicherheitsmechanismen M. Knoll
Smart Room 2S Prof. Mitschang
D. Nicklas
M. Großmann
N. Hönle
Software Development / Numerical Programming I 2V Dr. Bernreuther
Software Entwicklung für den Hardware-Entwurf 3V Dr. M. Ryba
Computer Supported System Design 1Ü Dr. M. Ryba
Studienprojekt A für Softwaretechniker 5P U. Käppeler /
O. Zweigle
Studienprojekt A für Softwaretechniker 5P M. Ryba
M. Schanz
Verteilte Anwendungssysteme 2V Dr. Becker
76

5 Publikationen
5.1 Veröffentlichungen
V. Avrutin, A. Koch, R. Lafrenz, P. Levi, M. Schanz:
A Unified Architecture for the Control Software of a Robot Swarm: Design
and Investigation Results, in: Autonome Mobile Systeme 2005 (AMS),
Informatik Aktuell, Seite 41–48, Dezember 2005, ISBN 978-3-540-30291-9
V. Avrutin, M. Schanz:
On special types of two- and three-parametric bifurcations in piecewise-smooth
dynamical systems, WSEAS Transactions on Mathematics, Seite
224–230, Juli 2005
Period-doubling Scenario without Flip Bifurcations in a one-dimensional
Map, International Journal of Bifurcation and Chaos, Seite 1267–1284,
April 2005
On multi-parametric bifurcations in a scalar piecewise-linear map,
Nonlinearity, Seite 531–552, März 2006
V. Avrutin, M. Schanz, P. Levi:
AnT 4.669 - a tool for simulating and investigating dynamical systems,
Seite 1–2, Book of Abstracts, Juli 2005
On multi-parametric bifurcations in piecewise-smooth dynamical systems,
Seite 25–28, Book of Abstracts, Juli 2005
C. Becker, F. Dürr, M. Knoll, D. Nicklas, T. Weis:
Entwicklung ortsbezogener Anwendungen, in: PIK - Praxis der Informationsverarbeitung
und Kommunikation, Januar 2006
M. Bernreuther, M. Brenk, H.-J. Bungartz, R.-P. Mundani, I. L. Muntean:
Teaching High-Performance Computing on a High-Performance Cluster,
in: Proceedings of the 5th International Conference on Computational Science
ICCS 2005; Emory University, Atlanta, USA, 22.-25.5.2005
M. Bernreuther, H.-J. Bungartz:
Wissenschaftliches Rechnen in der Lehre am Beispiel des Studienprojekts
„Computational Steering - der virtuelle Windkanal“, in: F. Hülsemann,
M. Kowarschik, U. Rüde, (Hrsg.): 18th Symposium
Simulationstechnique ASIM 2005 Proceedings
Molecular Simulation of Fluid Flow on a Cluster of Workstations, in: F.
Hülsemann, M. Kowarschik, U. Rüde, (Hrsg.): 18th Symposium Simulationstechnique
ASIM 2005 Proceedings
84

M. Wieland, F. Leymann, L. Jendoubi, D. Nicklas, F. Dürr:
Task-orientierte Anwendungen in einer Smart Factory, in: Mobile Informationssysteme
- Potentiale, Hindernisse, Einsatz, Proceedings MMS´06, Lecture
Notes in Informatics (LNI); P-76, Seite 139–143, Februar 2006, ISBN 3-
88579-170-6
5.2 Berichte
R. Rantzau, C. Mangold:
Laws for Rewriting Queries Containing Division Operators, Fakultätsbericht
Nr. 2005/08
5.3 Vorträge
V. Avrutin:
Discontinuity - induced phenomena - lost in parameter space? Kolloquium
Technische Kybernetik, 7.3.2006
M. Bauer:
An Architecture for Observing Physical World Events, 11th International
Conference on Parallel and Distributed Systems: ICPADS 2005, Fukuoka,
Japan, 20.7.2005
M. Bernreuther:
Wissenschaftliches Rechnen in der Lehre am Beispiel des Studienprojekts
„Computational Steering - der virtuelle Windkanal“, 18th Symposium
on Simulation Technique, ASIM 2005, Erlangen, 12.-15.9.2005
Molecular Simulation of Fluid Flow on a Cluster of Workstations, 18th
Symposium on Simulation Technique, ASIM 2005, Erlangen, 12.-15.9.2005
M. Brenk:
Interface Treatment for Fluid-Structure Interaction on Cartesian
Grids, ECCOMAS Thematic Conf. on Comp. Methods for Coupled Problems in
Science and Engineering, Santorini/Griechenland, 25.-28.5.2005
S. Bürklen:
User Centric Walk: An Integrated Approach for Modeling the Browsing
Behavior of Users on the Web, 38th Annual Simulation Symposium
(ANSS'05), San Diego, USA, 5.5.2005
D. Dudkowski:
Efficient Algorithms for Probabilistic Spatial Queries in Mobile Ad
Hoc Networks, First International Conference on Communication System
Software and Middleware (COMSWARE 2006), New Delhi, India, 9.1.2006
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7.4 Netzzugang von außen
Mitarbeiter: Uwe Berger
Ein ISDN- und Modemzugang bietet allen Angestellten und Studierenden der Informatik
die Möglichkeit, sich von zu Hause aus in das Rechnernetz der Informatik
einzuwählen. Der Zugang erfolgt über einen ISDN-Access-Server, der 30 ISDN-
Kanäle bedient, von denen 24 auch über analoge Modems genutzt werden können.
Die Einwahlzugänge wurden von über 100 Personen genutzt. Die monatliche Anzahl
der Verbindungen lag bei ca. 1.800, die monatliche Nutzung bei ca. 850 Stunden.
Durch einen Defekt konnte der Zugang zeitweise nur über ISDN genutzt werden,
nicht mit analogen Modems.
Für alle Angestellten und Studierenden der Informatik ist der Zugang zum
Rechnernetz der Informatik über VPN (Virtual Private Network) möglich. Damit
können sichere (verschlüsselte und authentifizierte) Verbindungen in das Informatiknetz
von außen hergestellt werden, z. B. bei Einwahl über beliebige Internetprovider.
Der VPN-Zugang ist mit zwei Cisco VPN 3030 Konzentratoren realisiert.
7.5 Netzzugang mit Laptops
Mitarbeiter: Christian Corti
Für die Nutzung von Laptops am Rechnernetz der Informatik ist ein eigenes Subnetz
vorhanden, das durch einen Linux-Rechner vom restlichen Netz abgetrennt
ist, wobei der Zugang zum Informatiknetz aus dem Laptopnetz erst nach erfolgreicher
Authentifizierung des Benutzers freigeschaltet wird. Es gibt u. a. in allen Hörsälen,
Seminarräumen, Besprechungsräumen und studentischen Arbeitsräumen
Anschlüsse für dieses Laptopnetz. Für die Nutzung dieser Anschlüsse sind lediglich
eine Rechenberechtigung an der Informatik und auf dem Laptop ein Browser
mit SSL-Unterstützung erforderlich, es wird keine spezielle Software auf dem Laptop
benötigt.
7.6 Wireless LAN
Mitarbeiter: Uwe Berger
In allen Räumen der Informatik steht ein Wireless LAN auf der Basis von Cisco
Aironet zur Verfügung, das von allen Angestellten und Studierenden der Informatik
genutzt werden kann.
7.7 CIP-Pools für das Grund- und Hauptstudium
Mitarbeiter: Christian Corti, Dietmar Pfeffer
Stud. Hilfskräfte: Andreas Buchholz, Alexander Dowertill, Florian Geyer,
Andrea Glaser, Markus Götz, Yuri Grosman, Philipp
Neumaier, Oliver Rendgen, Johann Roholl, Minh Cuong
Tran, Ralph Werner, Christina Zeeh, Lesmana Zimmer
In den beiden CIP-Pools haben ca. 1.500 Benutzer gearbeitet. Neben den Studierenden
im Grundstudium bzw. Hauptstudium der Fachrichtungen Informatik und
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