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Efficient and predictable thread synchronization mechanisms for mixed-criticality systems on shared-memory multi-processor platforms (2021)

Züpke, Alexander

Real-time operating systems for mixed-criticality systems must support different types of software, such as real-time applications and general purpose applications, and, at the same time, must provide strong spatial and temporal isolation between independent software components. Therefore, state-of-the-art real-time operating systems focus mainly on predictability and bounded worst-case behavior. However, general purpose operating systems such as Linux often feature more efficient---but less deterministic---mechanisms that significantly improve the average execution time. This thesis addresses the combination of the two contradicting requirements and shows thread synchronization mechanisms with efficient average-case behavior, but without sacrificing predictability and worst-case behavior. This thesis explores and evaluates the design space of fast paths in the implementation of typical blocking synchronization mechanisms, such as mutexes, condition variables, counting semaphores, barriers, or message queues. The key technique here is to avoid unnecessary system calls, as system calls have high costs compared to other processor operations available in user space, such as low-level atomic synchronization primitives. In particular, the thesis explores futexes, the state-of-the-art design for blocking synchronization mechanisms in Linux that handles the uncontended case of thread synchronization by using atomic operations in user space and calls into the kernel only to suspend and wake up threads. The thesis also proposes non-preemptive busy-waiting monitors that use an efficient priority ceiling mechanism to prevent the lock holder preemption problem without using system calls, and according low-level kernel primitives to construct efficient wait and notify operations. The evaluation shows that the presented approaches improve the average performance comparable to state-of-the-art approaches in Linux. At the same time, a worst-case timing analysis shows that the approaches only need constant or bounded temporal overheads at the operating system kernel level. Exploiting these fast paths is a worthwhile approach when designing systems that not only have to fulfill real-time requirements, but also best-effort workloads.

Data Protection Assurance by Design: Support for Conflict Detection, Requirements Traceability and Fairness Analysis (2020)

Ramadan, Qusai

Data-minimization and fairness are fundamental data protection requirements to avoid privacy threats and discrimination. Violations of data protection requirements often result from: First, conflicts between security, data-minimization and fairness requirements. Second, data protection requirements for the organizational and technical aspects of a system that are currently dealt with separately, giving rise to misconceptions and errors. Third, hidden data correlations that might lead to influence biases against protected characteristics of individuals such as ethnicity in decision-making software. For the effective assurance of data protection needs, it is important to avoid sources of violations right from the design modeling phase. However, a model-based approach that addresses the issues above is missing. To handle the issues above, this thesis introduces a model-based methodology called MoPrivFair (Model-based Privacy & Fairness). MoPrivFair comprises three sub-frameworks: First, a framework that extends the SecBPMN2 approach to allow detecting conflicts between security, data-minimization and fairness requirements. Second, a framework for enforcing an integrated data-protection management throughout the development process based on a business processes model (i.e., SecBPMN2 model) and a software architecture model (i.e., UMLsec model) annotated with data protection requirements while establishing traceability. Third, the UML extension UMLfair to support individual fairness analysis and reporting discriminatory behaviors. Each of the proposed frameworks is supported by automated tool support. We validated the applicability and usability of our conflict detection technique based on a health care management case study, and an experimental user study, respectively. Based on an air traffic management case study, we reported on the applicability of our technique for enforcing an integrated data-protection management. We validated the applicability of our individual fairness analysis technique using three case studies featuring a school management system, a delivery management system and a loan management system. The results show a promising outlook on the applicability of our proposed frameworks in real-world settings.

Model-based privacy by design (2020)

Ahmadian, Amirshayan

Nowadays, almost any IT system involves personal data processing. In such systems, many privacy risks arise when privacy concerns are not properly addressed from the early phases of the system design. The General Data Protection Regulation (GDPR) prescribes the Privacy by Design (PbD) principle. As its core, PbD obliges protecting personal data from the onset of the system development, by effectively integrating appropriate privacy controls into the design. To operationalize the concept of PbD, a set of challenges emerges: First, we need a basis to define privacy concerns. Without such a basis, we are not able to verify whether personal data processing is authorized. Second, we need to identify where precisely in a system, the controls have to be applied. This calls for system analysis concerning privacy concerns. Third, with a view to selecting and integrating appropriate controls, based on the results of system analysis, a mechanism to identify the privacy risks is required. Mitigating privacy risks is at the core of the PbD principle. Fourth, choosing and integrating appropriate controls into a system are complex tasks that besides risks, have to consider potential interrelations among privacy controls and the costs of the controls. This thesis introduces a model-based privacy by design methodology to handle the above challenges. Our methodology relies on a precise definition of privacy concerns and comprises three sub-methodologies: model-based privacy analysis, modelbased privacy impact assessment and privacy-enhanced system design modeling. First, we introduce a definition of privacy preferences, which provides a basis to specify privacy concerns and to verify whether personal data processing is authorized. Second, we present a model-based methodology to analyze a system model. The results of this analysis denote a set of privacy design violations. Third, taking into account the results of privacy analysis, we introduce a model-based privacy impact assessment methodology to identify concrete privacy risks in a system model. Fourth, concerning the risks, and taking into account the interrelations and the costs of the controls, we propose a methodology to select appropriate controls and integrate them into a system design. Using various practical case studies, we evaluate our concepts, showing a promising outlook on the applicability of our methodology in real-world settings.

Absicherung der analytischen Interpretation von Geolokalisierungsdaten in der Mobilfunkforensik (2019)

Dhein, Andreas

Abstract Location based services maybe are within one of the most outstanding features of modern mobile devices. Despite the fact, that cached geolocation data could be used to reconstruct motion profiles, the amount of devices capable to provide these information in the field of criminal investigations is growing. Motivation The aim of this work is to generate in-depth knowledge to questions concerning geolocation in the field of mobile forensics, making especially somehow cached geolocation data forensically valuable. On top, tools meeting the specific requirements of law enforcement personnel shall be developed. Problems Geolocation processes within smartphones are quite complex. For the device to locate its position, different reference systems like GPS, cell towers or WiFi hot\-spots are used in a variety of ways. The whole mobile geolocation mechanism is proprietary to the device manufacturer and not build with forensic needs in mind. One major problem regarding forensic investigations is, that mainly reference points are being extracted and processed instead of real life device location data. In addition, these geolocation information only consist of bits and bytes or numeric values that have to be securely assigned to their intended meaning. The location data recovered are full of gaps providing only a part of the process or device usage. This possible loss of data has to be determined deriving a reliable measurement for the completeness, integrity and accuracy of data. Last but not least, as for every evidence within a criminal investigation, it has to be assured, that manipulations of the data or errors in position estimation have no disadvantageous effect on the analysis. Research Questions In the context of localisation services in modern smartphones, it always comes back to similar questions during forensic everyday life: * Can locations be determined at any time? * How accurate is the location of a smartphone? * Can location data from smartphones endure in court? Approach For a better understanding of geolocation processes in modern smartphones and to evaluate the quality and reliability of the geolocation artefacts, information from different platforms shall be theoretically analysed as well as observed in-place during the geolocation process. The connection between data points and localisation context will be examined in predefined live experiments as well as desktop- and native applications on smartphones. Results Within the scope of this thesis self developed tools have been used for forensic investigations as well as analytical interpretation of geodata from modern smartphones. Hereby a generic model for assessing the quality of location data has emerged, which can be generally applied to geodata from mobile devices.

Recovering Security in Model-Based Software Engineering by Context-Driven Co-Evolution (2019)

Bürger, Jens

Software systems have an increasing impact on our daily lives. Many systems process sensitive data or control critical infrastructure. Providing secure software is therefore inevitable. Such systems are rarely being renewed regularly due to the high costs and effort. Oftentimes, systems that were planned and implemented to be secure, become insecure because their context evolves. These systems are connected to the Internet and therefore also constantly subject to new types of attacks. The security requirements of these systems remain unchanged, while, for example, discovery of a vulnerability of an encryption algorithm previously assumed to be secure requires a change of the system design. Some security requirements cannot be checked by the system’s design but only at run time. Furthermore, the sudden discovery of a security violation requires an immediate reaction to prevent a system shutdown. Knowledge regarding security best practices, attacks, and mitigations is generally available, yet rarely integrated part of software development or covering evolution. This thesis examines how the security of long-living software systems can be preserved taking into account the influence of context evolutions. The goal of the proposed approach, S²EC²O, is to recover the security of model-based software systems using co-evolution. An ontology-based knowledge base is introduced, capable of managing common, as well as system-specific knowledge relevant to security. A transformation achieves the connection of the knowledge base to the UML system model. By using semantic differences, knowledge inference, and the detection of inconsistencies in the knowledge base, context knowledge evolutions are detected. A catalog containing rules to manage and recover security requirements uses detected context evolutions to propose potential co-evolutions to the system model which reestablish the compliance with security requirements. S²EC²O uses security annotations to link models and executable code and provides support for run-time monitoring. The adaptation of running systems is being considered as is round-trip engineering, which integrates insights from the run time into the system model. S²EC²O is amended by prototypical tool support. This tool is used to show S²EC²O’s applicability based on a case study targeting the medical information system iTrust. This thesis at hand contributes to the development and maintenance of long-living software systems, regarding their security. The proposed approach will aid security experts: It detects security-relevant changes to the system context, determines the impact on the system’s security and facilitates co-evolutions to recover the compliance with the security requirements.

Object-oriented high-level data flow analysis (2019)

Mebus, David

Data flow models in the literature are often very fine-grained, which transfers to the data flow analysis performed on them and thus leads to a decrease in the analysis' understandability. Since a data flow model, which abstracts from the majority of implementation details of the program modeled, allows for potentially easier to understand data flow analyses, this master thesis deals with the specification and construction of a highly abstracted data flow model and the application of data flow analyses on this model. The model and the analyses performed on it have been developed in a test-driven manner, so that a wide range of possible data flow scenarios could be covered. As a concrete data flow analysis, a static security check in the form of a detection of insufficient user input sanitization has been performed. To date, there's no data flow model on a similarly high level of abstraction. The proposed solution is therefore unique and facilitates developers without expertise in data flow analysis to perform such analyses.

Vererbung von Sicherheitseigenschaften in objektorientierten Kontexten (2019)

Topcu, Volkan

Für die Entwicklung sicherer Softwaresysteme erweitert UMLsec die UML durch die Definition von Sicherheitsanforderungen, die erfüllt sein müssen. In Klassendiagrammen können Attribute und Methoden von Klassen Sicherheitseigenschaften wie secrecy oder integrity haben, auf die nicht authorisierte Klassen keinen Zugriff haben sollten. Vererbungen zwischen Klassen erzeugen eine Komplexität und werfen die Frage auf, wie man mit der Vererbung von Sicherheitseigenschaften umgehen sollte. Neben der Option in sicherheitskritischen Fällen auf Vererbungen zu verzichten, gibt es im Gebiet der objektorientierten Datenbanken bereits viele allgemeine Recherchen über die Auswirkungen von Vererbung auf die Sicherheit. Das Ziel dieser Arbeit ist es, Ähnlichkeiten und Unterschiede von der Datenbankseite und den Klassendiagrammen zu identifizieren und diese Lösungsansätze zu übertragen und zu formalisieren. Eine Implementierung des Modells evaluiert, ob die Lösungen in der Praxis anwendbar sind.

On correlations between vulnerabilities, quality-, and design-metrics (2019)

Ivanova, Antoniya

Over the past few decades society’s dependence on software systems has grown significantly. These systems are utilized in nearly every matter of life today and often handle sensitive, private data. This situation has turned software security analysis into an essential and widely researched topic in the field of computer science. Researchers in this field tend to make the assumption that the quality of the software systems' code directly affects the possibility for security gaps to arise in it. Because this assumption is based on properties of the code, proving it true would mean that security assessments can be performed on software, even before a certain version of it is released. A study based on this implication has already attempted to mathematically assess the existence of such a correlation, studying it based on quality and security metric calculations. The present study builds upon that study in finding an automatic method for choosing well-fitted software projects as a sample for this correlation analysis and extends the variety of projects considered for the it. In this thesis, the automatic generation of graphical representations both for the correlations between the metrics as well as for their evolution is also introduced. With these improvements, this thesis verifies the results of the previous study with a different and broader project input. It also focuses on analyzing the correlations between the quality and security metrics to real-world vulnerability data metrics. The data is extracted and evaluated from dedicated software vulnerability information sources and serves to represent the existence of proven security weaknesses in the studied software. The study discusses some of the difficulties that arise when trying to gather such information and link it to the difference in the information contained in the repositories of the studied projects. This thesis confirms the significant influence that quality metrics have on each other. It also shows that it is important to view them together as a whole and suppose that their correlation could influence the appearance of unwanted vulnerabilities as well. One of the important conclusions I can draw from this thesis is that the visualization of metric evolution graphs, helps the understanding of the values as well as their connection to each other in a more meaningful way. It allows for better grasp of their influence on each other as opposed to only studying their correlation values. This study confirms that studying metric correlations and evolution trends can help developers improve their projects and prevent them from becoming difficult to extend and maintain, increasing the potential for good quality as well as more secure software code.

Eine empirische Studie über die Korrelation zwischen Sicherheitsschwachstellen und Qualitätseigenschaften von Software-Designs (2017)

Wiebe, Brigitte

Since software influences nearly every aspect of everyday life, the security of software systems is more important than ever before. The evaluation of the security of a software system still poses a significant challenge in practice, mostly due to the lack of metrics, which can map the security properties of source code onto numeric values. It is a common assumption, that the occurrence of security vulnerabilities and the quality of the software design stand in direct correlation, but there is currently no clear evidence to support this. A proof of an existing correlation could help to optimize the measurements of program security, making it possible to apply quality measurements to evaluate it. For this purpose, this work evaluates fifty open-source android applications, using three security and seven quality metrics. It also considers the correlations between the metrics. The quality metrics range from simple code metrics to high-level metrics such as object-oriented anti-patterns, which together provide a comprehensive picture of the quality. Two visibility metrics, along with a metric that computes the minimal permission request for mobile applications, were selected to illustrate the security. Using the evaluation projects, it was found that there is a clear correlation between most quality metrics. By contrast, no significant correlations were found using the security metrics. This work discusses the correlations and their causes as well as further recommendations based on the findings.

Mapping ORM to TGraph (2017)

Owen, Alicia

Object Role Modeling (ORM) is a semantic modeling language used to describe objects and their relations amongst each other. Both objects and relations may be subject to rules or ORM constraints. TGraphs are ordered, attributed, typed and directed graphs. The type of a TGraph and its components, the edges and vertices, is defined using the schema language graph UML (grUML), a profiled version of UML class diagrams. The goal of this thesis is to map ORM schemas to grUML schemas in order to be able to represent ORM schema instances as TGraphs. Up to this point, the preferred representation for ORM schema instances is in form of relational tables. Though mappings from ORM schemas to relational schemas exist, those publicly available do not support most of the constraints ORM has to offer. Constraints can be added to grUML schemas using the TGraph query language GReQL, which can efficiently check whether a TGraph validates the constraint or not. The graph library JGraLab provides efficient implementations of TGraphs and their query language GReQL and supports the generation of grUML schemas. The first goal of this work is to perform a complete mapping from ORM schemas to grUML schemas, using GReQL to sepcify constraints. The second goal is to represent ORM instances in form of TGraphs. This work gives an overview of ORM, TGraphs, grUML and GReQL and the theoretical mapping from ORM schemas to grUML schemas. It also describes the implementation of this mapping, deals with the representation of ORM schema instances as TGraphs and the question how grUML constraints can be validated.

Test und Beurteilung der Echtzeitfähigkeit des Linux-Kernels mit und ohne Preemptive Patch (2017)

Kloft, Felix

While real-time applications used to be executed on highly specialized hardware and individually developed operation systems, nowadays more often regular off-the-shelf hardware is used, with a variation of the Linux kernel running on top. Within the scope of this thesis, test methods have been developed and implemented as a real-time application to measure several performance properties of the Linux kernel with regards to its real-time capability. These tests have been run against three different versions of the Linux kernel. Afterwards, the results of the test series were compared to each other.

Refactoring of a Stovepipe System: Structuring 101worker (2015)

Hartenfels, Carsten

101worker is the modular knowledge engineering component of the 101companies project. It has developed maintainability and performance problems due to growing organically, rather than following best software design practices. This thesis lays out these problems, drafts a set of requirements for refactoring the system and then describes and analyzes the resulting implementation. The solution involves collation of scattered and redundant information, setup of unit and functional test suites and incrementalization of the bus architecture of 101worker.

A feature model for web testing tools (2015)

Rüther, Jan

Web application testing is an active research area. Garousi et al. did a systematic mapping study and classified 79 papers published between 2000-2011. However, there seems to be a lack of information exchange between the scientific community and tool developers. This thesis systematically analyzes the field of functional, system level web application testing tools. 194 candidate tools were collected in the tool search and screened, with 23 tools being selected as foundation of this thesis. These 23 tools were systematically used to generate a feature model of the domain. The methodology to support this is an additional contribution of this thesis. It processes end user documentation of tools belonging to an examined domain and creates a feature model. The feature model gives an overview over the existing features, their alternatives and their distribution. It can be used to identify trends and problems, extraordinary features, help decision making of tool purchase or guide scientists how to focus research.

Dependencies between Haskell code fragments (2015)

Schuster, Philipp

Code package managers like Cabal track dependencies between packages. But packages rarely use the functionality that their dependencies provide. This leads to unnecessary compilation of unused parts and to speculative conflicts between package versions where there are no conflicts. In two case studies we show how relevant these two problems are. We then describe how we could avoid them by tracking dependencies not between packages but between individual code fragments.

Ermittlung der Auswirkung von Modellfehlern auf die Zielgenauigkeit und Handhabbarkeit eines Fahrerassistenzsystems beim rückwärtigen Rangieren (2015)

Mc Stay, Daniel

Im Rahmen dieser Arbeit wird untersucht, wie sich Modellfehler auf die Positionsgenauigkeit und Handhabbarkeit beim Rangieren mit einem Fahrerassistenzsystem auswirken. Besonderer Wert wird dabei auf die Bestimmung von Fehlergrenzen gelegt. Es wird der Frage nachgegangen, wie groß der Eingangsfehler sein darf, damit die Assistenz noch hinreichende Qualitätseigenschaften hinsichtlich ihrer Präzision und Robustheit aufweist. Dazu erfolgt zunächst eine quantitative Betrachtung der Fehler anhand des kinematischen Modells. Danach wird eine qualitative Betrachtung anhand von systematischen Experimenten durchgeführt. Es wird zunächst ein Controller entwickelt, mit dem sich ein Manöver mithilfe der visuellen Informationen der Assistenz simulieren lässt. Dann wird eine Methode vorgestellt, mit deren Hilfe man das Manöver anhand definierter Fehlergrenzen bewerten kann. Um einen großen Raum möglicher Fehlerkombinationen effizient zu durchsuchen, wird das probabilistische Verfahren des Annealed Particle Filters benutzt. Mithilfe einer Testumgebung werden schließlich systematische Experimente durchgeführt. Zur weiteren Evaluation des Assistenzsystems in einer kontrollierten Umgebung erfolgte in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer ITWM in Kaiserslautern die Portierung des Assistenzsystems auf die dortige Simulationsumgebung RODOS.

Erweiterung eines Tools zur Ermittlung der Auswirkung von Kameraparametern auf den Messfehler bei der Vermessung von Einknickwinkeln (2014)

Spies, Manuel

Diese Bachelorarbeit behandelt die Zusammenführung der bereits vorliegenden Winkelrekonstruktions- und Simulationskomponente und erweitert diese mit Funktionen, um die Durchführung von systematischen Tests zu ermöglichen. Hierzu wird die Übergabe von Bildern aus der Simulationskomponente an die Winkelrekonstruktionskomponente ermöglicht. Des weiteren wird eine GUI zur Testlaufsteuerung und Parameterübergabe sowie eine Datenbankanbindung zur Speicherung der verwendeten Einstellungen und erzeugter Daten angebunden. Durch die Analyse der erzeugten Daten zeigt sich eine ausreichende durchschnittliche Präzision von 0.15° und eine maximale Abweichung der einzelnen Winkel von 0.6°. Der größte Gesamtfehler beläuft sich in den Testläufen auf 0.8°. Der Einfluss von fehlerhaften Parametern hat von variable zu Variable unterschiedliche Auswirkungen. So verstärkt ein Fehler in Höhe den Messfehler um ein vielfaches mehr, als ein Fehler in der Länge der Deichsel.

Vergleich der Effizienz von Anfragen an OWL-Ontologien und TGraphen (2012)

Haubrich, Olga

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Effizienz von Anfragen an OWL-Ontologien und Anfragen an TGraphen evaluiert. Dabei wurden die zwei unterschiedlichen Transformationsverfahren Schema-Aware Mapping und Simple Mapping getestet. Bei der Transformation einer OWL-Ontologie in einen TGraphen über Schema-Aware Mapping werden ein TGraph-Schema und ein TGraph erzeugt. Im Gegensatz zu Schema-rnAware Mapping besitzt Simple Mapping ein schon vordefiniertes TGraph-Schema, das für alle OWLOntologien anwendbar ist. Damit wird bei der Transformation einer OWL-Ontologie in einen TGraphen über Simple Mapping nur ein TGraph - kein TGraph-Schema - generiert. Mit den Verfahren wurden entsprechend auch SPARQL-Anfragen in GReQL-Anfragen transformiert.

A Usability Study on Mouse Gestures (2011)

Paschke, Janine Denise

This paper is primarily concerned with the examination of mouse gestures regarding software ergonomic principles. The results achieved rely on a survey which was conducted with 38 participants.

JGraLab: Persistenz in Datenbanken (2011)

Vika, Nicolas

Im Rahmen dieser Diplomarbeit wird eine Datenbank-Persistenzlösung für die TGraphenbibliothek JGraLab entwickelt. Diese erlaubt das Persistieren von TGraphen in Datenbanken ausgewählter Technologien und sorgt gleichzeitig dafür, dass die Datenbankpersistenz eines TGraphen für den Benutzer transparent bleibt. Nach der Anforderungserhebung und der Recherche zur Bewertung der Tauglichkeit von bereits bestehenden Werkzeugen für dieses Projekt, wird die Anwendungsdomäne erläutert. Anschließend wird dargelegt wie die Persistierung von TGraphen mit allen ihren Eigenschaften in Datenbanken ermöglicht werden kann. Dem schließt sich der konzeptuelle Entwurf an, in dem die Details der Lösung beschrieben werden. Als nächstes wird der objektorientierte Feinentwurf zur Integration der Lösung in die TGraphenbibliothek JGraLab entwickelt, der die Grundlage der programmatischen Umsetzung bildet. Eine Anleitung zur Verwendung der Lösung und eine Bewertung des Laufzeitverhaltens der umgesetzten Implementation schließen die Arbeit ab.

Möglichkeiten der Interoperabilität zwischen bestehenden Metrik-Tools für COBOL und den Entwicklerwerkzeugen der Debeka (2011)

Baldauf, Arne

Im Rahmen dieser Diplomarbeit wird erforscht, wie bestehende Tools zur Berechnung von Softwaremetriken über COBOL-Quelltexte mit den vorhandenen Entwicklerwerkzeugen der Debeka Versicherungsgruppe interoperabel gemacht werden können. Der Text richtet sich primär an Leser aus dem Bereich der Informatik. Zum Verständnis wird ein Wissensstand vergleichbar dem eines Informatikers mit abgeschlossenem Bachelorstudium oder Vordiplom vorausgesetzt.

Abbildung von Ecore nach grUML (2010)

Heckelmann, Kristina

This thesis deals with the mapping from Ecore to grUML. Thereby the transformation of models in Ecore to graphs in grUML is as well considered as the conversion of Ecore metamodels to grUML schemas. At first the modeling languages Ecore and grUML are described separately. Thereby the metamodels of the languages are explained and the API is presented. Subsequent differences and similarities of grUML and Ecore are exemplified and based on this a mapping is defined. Also requirements for the implementation of the transformation are noted. After that details of the realisation follow. Finally the results of the transformation are shown with the help of some examples.

Entwicklung eines TGraph-basierten Modell-Vergleichsverfahren (2010)

Sattel, Matthias

Im Rahmen dieser Diplomarbeit wird ein TGraph-basiertes Modell-Vergleichsverfahren entwickelt. Dieses Verfahren soll eine anwendbare Berechnung von Deltas für TGraph-basierte Modelle ermöglichen. Modelle können durch TGraphen repräsentiert werden. Für die Erzeugung und Verarbeitung von TGraphen wurde am Institut für Softwaretechnik das Java Graph Laboratory, kurz JGraLab, entwickelt. Es handelt sich dabei um eine Java Klassenbibliothek, die eine hoch effiziente API zur Verarbeitung von TGraphen bereitstellt. [Ebe87, ERW08, ERSB08] Basierend auf der JGraLab API wird ein System entwickelt, das unterschiedliche Werkzeuge zur Verwaltung von Modellen bereitstellt. Der Fokus dieser Diplomarbeit liegt dabei auf der Entwicklung eines Werkzeugs, das zu zwei gegebenen TGraphen ein Delta berechnet.

Entwurf und Implementation eines erweiterten Hyperspace-Modells zur Trennung der Belange (2010)

Berkessel, Sascha

Im Rahmen dieser Arbeit soll das Software-Modellierungstool Enterprise Architect so erweitert werden, dass die Trennung der Belange entsprechend dem erweiterten Hyperspace-Modell von Lohmann ermöglicht wird. Daneben soll auch die Bestimmung so genannter Slices ermöglicht werden. Bei einem Slice handelt es sich um die Menge aller Belange und syntaktischen Einheiten, welche mit einem oder mehreren Belangen direkt oder transitiv verknüpft sind. Die Idee der Bestimmung solcher Slices ist graphenorientiert: Die transitive Hülle der ausgewählten Belange und der mit diesen verknüpften Belange wird bestimmt. Dies kann auf bestimmte Kantenarten, welche die Arten der Verknüpfung von Belangen widerspiegeln, eingeschränkt werden. Bevor dies implementiert werden kann, muss untersucht werden, ob die Funktionalität mit den im Enterprise Architect gegebenen Möglichkeiten realisiert werden kann. Ist dies nicht der Fall, so müssen Modelle aus dem Enterprise Architect zunächst mit Hilfe von JGraLab in Graphen überführt werden, damit anschließend die Slices unter Anwendung der Graphenabfragesprache Graph Repository Query Language (GreQL) bestimmt werden können. Die Funktionalitäten sollen in einem gemeinsamen Software-Baustein realisiert werden, der sich konform zu den für den Enterprise Architect vorgegebenen Schnittstellen verhalten muss und keine Konflikte im Programmablauf verursachen kann.

TGraphBrowser (2010)

Janke, Daniel Dominik

This thesis describes the implementation of a web server that enables a browser to display graphs created with the Java Graph Laboratory (JGraLab). The user has the choice between a tabular view and a graphical presentation. In both views it is possible to navigate through the graph. Since graphs with thousands of elements may be confusing for the user, he or she is given the option to filter the displayed vertices and edges by their types. Furthermore, the number of graph elements shown can be limited by means of a GreQL query or by directly entering their ids.

Ein Referenzmetamodell für Geschäftsprozessmodellierungssprachen (2010)

Catellani, Grégory

Im Vordergrund dieser Arbeit stehen die Geschäftsprozessmodelle und deren Überführung in das für eine Weiterverarbeitung in JGraLab benötigte TGraph-Format. Für die Modellierung der Geschäftsprozesse im SOAMIG-Projekt fiel die Auswahl, aus Gründen der Verbreitung und der Kompetenzen der SOAMIG-Partner, zugunsten der drei bereits erwähnten Modellierungssprachen UML Aktivitätsdiagramme, BPMN und EPK aus. Obwohl sich diese drei Notationen allesamt für die Erstellung von Geschäftsprozessmodellen bewährt haben und auch in Kombination in der Praxis eingesetzt werden, so differenzieren sie sich dennoch durch verschiedene Zielsetzungen bei ihrer Entwicklung. Die aufgrund der Zielsetzungen und der hohen Funktionsvielfalt resultierenden Unterschiede und Inkompatibilitäten der Sprachen untereinander bei der Modellierung von Geschäftsprozessen erschweren eine einheitliche Transformation nach JGraLab und die Behandlung der zu erhebenden Geschäftsprozessmodelle in JGraLab. Für jede Sprache müsste ein eigener Regelsatz und eine maßgeschneiderte Konvertierungsmöglichkeit festgelegt werden. Um eine sprach- und werkzeugunabhängige Geschäftsprozessmodellierung zu ermöglichen werden in dieser Arbeit zuerst die im SOAMIG-Projekt benötigten Sprachkonzepte und -elemente für die Modellierung von Geschäftsprozessen der UML Aktivitätsdiagramme, der BPMN und der EPK vorgestellt. Im nächsten Schritt werden notationsübergreifende Abbildungen der Srachkonzepte und -elemente aufeinander beschrieben, Defizite und Lücken der Sprachen aufgedeckt und durch eigene Auslegungen der Notationen gefüllt, und schließlich Metamodelle der drei Sprachen, aufgrund der gewonnen Erkentnisse sowie ein Referenzmetamodell auf Basis dieser Metamodelle erstellt und dargestellt. Im letzten Teil dieser Arbeit wird die exemplarische Realisierung eines Modell-zu-Referenzmodell Konverters auf Basis der BPMN und des Modellierungswerkzeuges BizAgi Process Modeler der Firma BizAgi Ltd vorgestellt, und der Lösungsansatz anhand des Beispiels eines Geschäftsprozesses validiert. Die Konvertierer ermöglichen die Abbildung eines Geschäftsprozessmodelles auf ein semantisch-äquivalentes Referenzmetamodell-konformes Modell, auf dessen Basis weitere Arbeitsschritte vor der/ für die Migration, unabhängig von der ursprünglich eingesetzten Modellierungssprache, definiert werden können.

Entwicklung eines Regelungsverfahrens zur Pfadverfolgung für ein Modellfahrzeug mit Sattelanhänger (2009)

Cortés Ramos, Francisco José

Besides the progressive automation of internal goods traffic, there is an important area that should also be considered. This area is the carriage of goods in selected external areas. The use of driverless trucks in logistic centers can report economic efficiency. In particular, these precise control procedures require that trucks drive on predetermined paths. The general aim of this work is the adaption and evaluation of a path following control method for articulated vehicles. The differences in the kinematic behavior between trucks with one-axle trailer and semi-trailer vehicles will be emphasized. Additionally, the characteristic kinematic properties of semi-trailers for the adaptation of a control procedure will be considered. This control procedure was initially designed for trucks with one-axle trailer. It must work in forwards and backwards movements. This control process will be integrated as a closed component on the control software of the model vehicle. Thus, the geometry of the model vehicle will be specified, and the possible special cases of the control process will be discovered. The work also documents the most relevant software components of the implemented control process.

Abbildung von grUML nach XSD soamig (2009)

Großmann, Eckhard ; Strauß, Sascha ; Horn, Tassilo ; Riediger, Volker

Dieses Dokument legt den Standard für die Transformation von grUML-Schemas (GraphUML, [BHR+09]) nach XSD (XML Schema Definition) fest und ist im Rahmen des Arbeitspakets 5.2 "Prototypische SOAMIG-Parser und -Unparser realisieren" im SOAMIG-Projekt entstanden. Das Ziel ist der Austausch von TGraphen (typisierten, attributierten, angeordneten, gerichte Graphen [ERW08]) über XML-Dokumente. Zur Spezifikation des Austauschformats wird XSD eingesetzt. Dies erlaubt eine Validierung der XML-Instanzen auf syntaktischer Ebene. Der Ausgangspunkt ist ein gegebenes Schemas in grUML-Notation1, welches nach XSD transformiert werden soll. Mit der generierten XSD existiert ein Beschreibungsmittel für Graph-Instanzen in XML. Die dadurch beschriebenen XML-Dokumente sind flach, d.h. alle Elemente sind direkt dem root-Element untergeordnet.

Model-Driven Software Migration Extending SOMA (2009)

Fuhr, Andreas ; Horn, Tassilo ; Winter, Andreas

This paper proposes model-driven techniques to extend IBM- SOMA method towards migrating legacy systems into Service-Oriented Architectures (SOA). The proposal explores how graph-based querying and transformation techniques enable the integration of legacy assets into a new SOA. The presented approach is applied to the identification and migration of services in an open source Java software system.

The STOR component system interim report (2009)

Falkowski, Kerstin ; Ebert, Jürgen

The STOR project aims at the development of a scientific component system employing models and knowledge for object recognition in images. This interim report elaborates on the requirements for such a component system, structures the application area by identifying a large set of basic operations, and shows how a set of appropriate data structures and components can be derived. A small case studies exemplifies the approach.

Zeitbewertete Prädikat/Transitions-Netze zur Modellierung, Simulation und Analyse sicherheitskritischer Echtzeitsysteme (2009)

Hupf, Katharina

Within this thesis time evaluated predicate/transition nets (t-pr/t-nets) have been developed for the purpose to model, simulate and verify complex real-time systems. Therefore, t-pr/t-nets integrate concepts to model timing constraints and can be analysed by the means of structural analysis such as the calculation of s- and t-invariants as well as the identification of traps and co-traps. The applicability of t-pr/t-nets to model, simulate and verify complex systems in the domain of safety-critical real-time systems is proven by the Earliest-Deadline-First-Protocol (EDF) and the Priority-Inheritance-Protocol (PIP). Therefore, the EDF and PIP are modeled by means of t-pr/t-nets. The resulting t-pr/t-nets are verified using structural analysis methods. Due to the enormous complexity and the applicability of structural analysis methods for the verification of the EDF and PIP, it can be shown that t-pr/t-nets are appropriate to model, simulate and verify complex systems in the field of safety-critical real-time systems.

Entwicklung eines Regelungsverfahrens zur Pfadverfolgung für ein Modellfahrzeug mit einachsigem Anhänger (2009)

Schwarz, Christian

In dieser Arbeit wird ein zweigeteilter Regler für die Pfadverfolgung eines Modellfahrzeugs mit einachsigem Anhänger entwickelt. Darüber hinaus wird ein Beweis für die Stabilität und die Konvergenzeigenschaft der gefundenen Regelungsgesetze geliefert. Das Verfahren wird anschließend in die bestehende Steuersoftware des Versuchsfahrzeuges integriert und eine Testumgebung erstellt, um das Regelungsverfahren damit abschließend zu evaluieren.

Workflows und Logik (2009)

Diefenthal, Christian

In dieser Arbeit wurde gezeigt, wie die Netzdarstellung eines Workflows in eine aktionslogische, prädikatenlogische, transaktionslogische oder aktionslogische Formel umgeformt werden kann. Ebenso wurde der umgekehrte Weg beschrieben. So ist es jetzt möglich, Workflows auch mit Hilfe der verschiedenen Inferenztechniken der einzelnen Logiken zu untersuchen. Bei der Transformation wurden allerdings einige Einschränkungen getroffen. So wurde auf die Transformation von Quantoren sowie auf Zykel in den zu transformierenden Workflow-Netzen verzichtet. Außerdem wurden die möglichen Kantenlabels von pr/t-Netzen zur Umwandlung in eine prädikatenlogische Darstellung auf einzelne Tupel beschränkt.

Graph-based traceability - a comprehensive approach (2009)

Schwarz, Hannes ; Ebert, Jürgen ; Winter, Andreas

In recent years, traceability has been more and more universally accepted as being a key factor for the success of software development projects. However, the multitude of different, not well-integrated taxonomies, approaches and technologies impedes the application of traceability techniques in practice. This paper presents a comprehensive view on traceability, pertaining to the whole software development process. Based on graph technology, it derives a seamless approach which combines all activities related to traceability information, namely definition, recording, identification, maintenance, retrieval, and utilization in one single conceptual framework. The presented approach is validated in the context of the ReDSeeDS-project aiming at requirements-based software reuse.

Ein Referenzschema für die Sprachen der IEC 61131 (2008)

Horn, Tassilo ; Ebert, Jürgen

Program slicing (2008)

Brauch, Elmar

Im Rahmen dieser Diplomarbeit wird das Dienstmodell für Program Slicing, welches von Hannes Schwarz vorgestellt wurde, zu einem komponentenbasierten Referenztool weiterentwickelt und implementiert. Dieses Referenztool verwendet zum Slicen ein Referenzschema für Programmiersprachen, welches ebenfalls in dieser Arbeit eingeführt wird. Die hier eingesetzten Slicing-Verfahren basieren auf diesem Referenzschema. Somit kann das Referenztool als Grundlage zum Slicen von Quellcode in beliebigen Programmiersprachen genutzt werden, wenn das Referenzschema vorab an die Gegebenheiten dieser Sprachen angepasst wird. Exemplarisch wird in dieser Diplomarbeit ein Program Slicing Tool für C-Quellcode entwickelt. Dieses Slicing Tool basiert auf dem Referenztool, in dem es die einzelnen Komponenten des Referenztools bei Bedarf spezialisiert oder in der ursprünglichen Form übernimmt. Damit das Program Slicing Tool als Referenz gelten kann, wird in dieser Arbeit eine einfache, erweiterbare und komponentenbasierte Architektur entwickelt. Diese entsteht durch den Einsatz aktueller Prinzipien der Softwaretechnik.

Java-Faktenextraktor für Gupro (2008)

Baldauf, Arne ; Vika, Nicolas

Im Rahmen dieser Studienarbeit wurde ein Faktenextraktor für Java-Quelltexte entwickelt. Der Javaextraktor generiert eine TGraph-Repräsentation der Quelltexte eines in Java implementierten Softwareprojekts. Dieser TGraph ist dann durch dieWerkzeuge des Gupro-Projekts weiter verarbeitbar. Der Javaextraktor kann Javaquelltexte bis einschließlich Javaversion 6 verarbeiten. Dazu wurde ein Werkzeug gefunden, welches den Parsingvorgang übernimmt, so dass diese Funktion nicht selbst implementiert werden musste. Zusätzlich wurde ein Javametamodell und entsprechendes Schema für den TGraph entwickelt. Die Knoten- und Kantentypen des Metamodells konnten automatisiert mit JGraLab aus dem Schema erzeugt werden.

Probability propagation nets (2008)

Pinl, Alexander

This work introduces a Petri net representation for the propagation of probabilities and likelihoods, which can be applied to probabilistic Horn abduction, fault trees, and Bayesian networks. These so-called "probability propagation nets" increase the transparency of propagation processes by integrating structural and dynamical aspects into one homogeneous representation. It is shown by means of popular examples that probability propagation nets improve the understanding of propagation processes - especially with respect to the Bayesian propagation algorithms - and thus are well suited for the analysis and diagnosis of probabilistic models. Representing fault trees with probability propagation nets transfers these possibilities to the modeling of technical systems.

Webbased course of study information system (2008)

Bruckhoff, Christian ; Monte Barreto, José Angel

Im Rahmen der Studienarbeit wurde ein webbasiertes Informationssystem für die neuen Bachelor- und Masterstudiengänge des Fachbereichs Informatik an der Universität Koblenz-Landau entwickelt. Dieses System dient i.A. der Visualisierung und der (Online)-Editierung des Modulhandbuchs. Die Studienarbeit selbst beschreibt die Vorgehensweise bei der Systemumsetzung. Sie beschreibt die Phasen der Anforderungserhebung, der Modellierung, der Implementierung und des Testens.

GreQL-Script (2008)

Klassen, Ildar

Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Scriptsprache entworfen und ein Interpreter für diese implementiert. Sie ist der Nachfolger der von Bernt Kullbach entwickelten Scriptsprache Command Line GreQL (CLG) und soll die Arbeit mit TGraphen und mit der von Katrin Marchewka in ihrer Diplomarbeit beschriebenen Graphanfragesprache Graph Repository Query Language 2 (GReQL 2) vereinfachen.

Modellierung und Realisation eines Moduls einer Leitsteuerung zur Übergabe von Fahrzeugen auf einem autonomen Betriebshof (2007)

Kern, Andreas

Proceedings 14. Workshop: Algorithmen und Werkzeuge für Petrinetze (2007)

Die Workshop-Reihe 'Algorithmen und Werkzeuge für Petrinetze' wurde 1994 mit dem Ziel initiiert, in der deutschsprachigen Petrinetz-Community den fachlichen Austausch und die inhaltliche Zusammenarbeit zwischen den mit der Entwicklung und Analyse von Algorithmen beschäftigten Arbeitsgruppen und den im Bereich der Implementierung von Werkzeugen tätigen Arbeitsgruppen zu fördern. Der vorliegende Sammelband enthält die Vorträge, die auf dem Workshop präsentiert worden sind. Um auch die Vorstellung von noch unfertigen Ideen oder von in Entwicklung befindlichen Werkzeugen zu ermöglichen, fand wie in den vergangenen Jahren kein formaler Begutachtungsprozess statt. Die eingereichten Beiträge wurden lediglich auf ihre Relevanz für das Workshop-Thema hin geprüft.

Evaluation von Lenkassistenzsystemen und Simulatoren für Fahrzeuge mit Anhänger (2007)

Kippert, Tobias

Das in der Arbeitsgruppe Echtzeitsysteme im Projekt EZlenk entwickelte optische Lenkassistenzsystem zur Unterstützung der Rückwärtsfahrt von Fahrzeugen mit Anhänger soll im Rahmen dieser Studienarbeit auf seine Alltagstauglichkeit getestet werden. Ferner wurden die Implementierungen des Lenkassistenzsystems auf einem Fahrsimulator und einer PC-Version von Probanden evaluiert. Hierbei sollen mithilfe von Berufskraftfahrern, Fahrlehrern und Laien Schwachstellen, Stärken, genereller Nutzen, eventuelle Verbesserungsmöglichkeiten, Realitätsnähe und Auwirkungen auf den Fahrer bzw. Benutzer sowohl im Fahrsimulator als auch in der PC-Version herausgefunden werden unter Zugrundelegung der anerkannten Kriterien Effizienz, Effektivität und Zufriedenheit. Außerdem werden beide Implementierungsarten des Simulators sowohl mit als auch ohne Berücksichtigung des Lenkassistenzsystems im Hinblick auf die Alltagstauglichkeit für die Kraftfahrerausbildung in Fahrschulen diskutiert.

Überführung von UML-Modellen aus dem Enterprise Architect nach JGraLab (2007)

Brauch, Elmar

Das Hauptziel dieser Studienarbeit war die Entwicklung eines Überführungstools, das sowohl den Repository Inhalt eines EA Projektes in einen TGraphen als auch einen TGraphen in ein EA Projekt überführen kann. Außerdem sollte das application programming interface des Enterprise Architects analysiert und beschrieben werden. Diese beiden Ziele konnten erfüllt werden und wurden in den vorherigen Kapiteln beschrieben. Zusätzlich beinhaltet die Studienarbeit noch eine Beschreibung und ein Anwendungsbeispiel zu JGraLab.

Anpassung eines Leitstandes für autonome Fahrzeuge an die Rollende Landstraße (2007)

Schüller, Daniel ; Töppner, Ralf

Softwareclustering im Reverse Engineering (2007)

Bernd, Thomas

Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Clusteranalyse-Umgebung durch Kopplung bestehender Lösungen entwickelt. Um Clusteranalysen auf Softwareelementen durchführen zu können, wird eine Software zur Clusteranalyse an das bestehende Reverse Engineering Tool GUPRO zur Extraktion von Informationen aus Softwareartefakten, wie z.B. Quellcode-Dateien, gekoppelt. Die entstehende Clusteranalyse-Umgebung soll alle Services einer Clusteranalyse auf Softwareelementen unter einer Oberfläche vereinen. Wichtiger Bestandteil der Arbeit ist sowohl die Aufbereitung der theoretischen Grundlagen der Clusteranalyse mit Blickpunkt auf das Softwareclustering, als auch ein strukturierter Auswahlprozess der für die zu entwickelnde Umgebung verwendeten Software zur Clusteranalyse. Letztendlich soll der Funktionalitätsumfang der Clusteranalyse-Umgebung auf ein im Voraus, in Form einer Anforderungsdefinition, festgelegtes Maß angehoben werden.

Implementierung einer Rückfahrkamera mit Einblendung von Trajektorien für das Rückwärtsfahren mit einachsigem Anhänger (2006)

Schönfeld, Martin

Die Vorwärtsfahrt mit einem einachsigen Anhänger stellt für die meisten Fahrer keine große Schwierigkeit dar. Das Zugfahrzeug gibt die Richtung vor und der Anhänger wird mitgezogen. Jedoch ist das Rückwärtsfahren mit Anhänger für den ungeübten Fahrer oft sehr kompliziert, da die Lenkmanöver für eine bestimmte Richtungsänderung nicht intuitiv sind und ein "Umdenken" erfordern. Will man beispielsweise den Anhänger um eine Linkskurve fahren, so muss das Zugfahrzeug zunächst nach rechts gelenkt werden, damit der Anhänger linksherum geschoben wird. Schnell passieren Fehler und ein Unfall mit Sachschaden kann eine mögliche Folge sein. Besonders Fahrer, die nur gelegentlich mit einem Anhänger unterwegs sind, haben bei der Rückwärtsfahrt mit Anhänger Probleme.

BinaryGXL (2006)

Horn, Tassilo

XML ist aus der heutigen IT-Welt nicht mehr wegzudenken und wird für vielfältige Zwecke verwendet. Die Befürworter von XML führen insbesondere die Menschenlesbarkeit und leichte Editierbarkeit als Gründe für diesen Erfolg an. Allerdings hat XML gerade dadurch auch in manchen Anwendungsgebieten gravierende Nachteile: XML ist sehr verbos, und das Parsen von XML-Dateien ist relativ langsam im Vergleich zu binären Dateiformaten. Deshalb gibt es Bestrebungen ein binäres XML-Format zu schaffen und gegebenenfalls zu standardisieren. Die vorliegende Studienarbeit beschreibt einige schon existierende binäre XML-Formate und zeigt auf, wie weit der Entwurf und die Standardisierung eines allgemein akzeptierten Binary-XML-Formats fortgeschritten sind. Der praktische Teil der Studienarbeit umfasst den Entwurf und die Implementierung eines eigenen Binärformats für den XML-Dialekt GXL. Zur Bewertung der entwickelten Lösung wird diese mit den heute üblichen Kompressionstools verglichen.

iProcess (2006)

Demuth, Mario

Analyse von Repräsentationen für 3D-Modelle aus Sicht der Softwaretechnik (2006)

Zdunczyk, Bozena

Modelltransformationen mit Eclipse (2006)

Hardan, Ramy

Refine

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