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Replikation einer Multi-Agenten-Simulationsumgebung zur Überprüfung auf Integrität und Konsistenz
(2012)
In dieser Master -Arbeit möchte ich zunächst eine Simulation vorstellen, mit der das Verhalten von Agenten untersucht wird, die in einer generierten Welt versuchen zu über leben und dazu einige Handlungsmöglichkeiten zur Auswahl haben. Anschließend werde ich kurz die theoretischen Aspekte beleuchten, welche hier zu Grunde liegen. Der Hauptteil meiner Arbeit ist meine Replikation einer Simulation, die von Andreas König im Jahr 2000 in Java angefertigt worden ist [Kö2000] . Ich werde hier seine Arbeit in stark verkürzter Form darstellen und anschließend auf meine eigene Entwicklung eingehen.
Im Schlussteil der Arbeit werde ich die Ergebnisse meiner Simulation mit denen von Andreas König vergleichen und die verwendeten Werkzeuge (Java und NetLogo) besprechen. Zum Abschluss werde ich in einem Fazit mein Vorhaben kurz zusammenfassen und berichten was sich umsetzen ließ, was nicht funktioniert hat und warum.
Standards haben längst Einzug in das Gebiet der Informatik gehalten. Verschiedenste Organisationen beschäftigen sich mit der Beschließung von Normen für die standardisierte Lösung von Problemen in der Informatik. Ein wichtiger Teilaspekt ist die Spezifizierung von Datenformaten, die die Interoperabilität von Programmen sichern kann. Dabei existieren viele verschiedene Schemasprachen, die auf unterschiedliche Anforderungen ausgelegt sind, und mit deren Hilfe die Menge der konformen Dokumente beschrieben werden kann. Die Kombination mehrerer Schemasprachen ist sinnvoll, da die Mächtigkeit einer Sprache oftmals nicht ausreicht, um die Anforderungen zu erfassen. So auch im Fall der, von IMS entwickelten, Spezifikation Common-Cartridge. Das Common-Cartridge-Format beschreibt valide Zip-Pakete, die dazu genutzt werden können, verschiedene Lernobjekte zu aggregieren und als zusammenhängende Lerneinheit in eine Lernplattform zu importieren. Die Spezifikation benutzt bereits vorhandene und bewährte Spezifikationen, um Teile gültiger XML-Dokumente zu beschreiben. Diese sind selbst Teil eines Pakets und können Referenzen enthalten, die den Inhalt mit der Paketstruktur in Verbindung bringen. Dabei wird das Common-Cartridge-Format durch ein sogenanntes Domain-Profile erfasst. Ein solches erlaubt die Anpassung einer oder mehrerer Standards bzw. Spezifikationen, um die Bedürfnisse einer bestimmten Domäne abzudecken. Zudem können sogenannte Testregeln definiert werden, die für die Bestimmung der für ein Datenpaket auszuführenden Testaufgaben genutzt werden können. Letztlich kann die automatische Erstellung eines Testsystems veranlasst werden, welches diese Aufgaben ausführen kann. Somit stellt sich die Frage, ob ein Domain-Profile ebenso dazu eignet ist, die Anforderungen anderer paket-basierter Datenformate zu erfassen, und ob die nötigen Änderungen an den unterstützenden Tools vorgenommen werden können. Schließlich würde dies die Überprüfung gestellter Anforderungen ermöglichen.
Diese Arbeit soll sich mit einer beispielhaften Anwendung des Verfahrens befassen, um diese Fragen nach Möglichkeit zu beantworten. Dazu soll der verwendete Ansatz auf die Datenformate übertragen werden, die Teil der Spezifikation des Virtual Company Dossiers - VCD - sind. Diese legen ebenso paket-basierte Formate fest, die innerhalb eines elektronischen Ausschreibungsprozesses verwendet werden. Sie ermöglichen die Erfassung von Evidenzen, die die notwendige Qualifikation eines Bewerbers, sowie die Erfüllung der, mit dem Ausschreibungsverfahren verbundenen Kriterien nachweisen.
Im praktischen Teil werden somit zuerst die Ähnlichkeiten der beiden Formate herausgearbeitet. Diese dienten der Identifizierung abstrakter Anforderungen, die, soweit möglich, mit den gleichen Formalismen festgehalten wurden. Dabei wurden Änderungen an den unterstützenden Tools vorgenommen, um die Erfassung aller VCD-spezifischen Anforderungen zu ermöglichen. So wurden das Format, und das Tool zur Erstellung von Applikationsprofilen, angepasst. Schließlich erfolgten Änderungen am generischen Testsystem, welches zur Herleitung konkreter Testsysteme genutzt wird. Letztlich stellte sich heraus, dass ähnliche Anforderungen bestehen, und die unterstützenden Tools in einer Weise angepasst werden konnten, die die Menge der erfassbaren Anforderungen erweitert. Da der Hintergrund der beteiligten Spezifikationen sich zudem signifikant unterscheidet, ist davon auszugehen, dass das Verfahren in einem weiten Spektrum von Anwendungsfällen eingesetzt werden kann.
Für die Planung von Wegen eines Gespanns sind komplexe Bewegungen verschiedener Bezugspunkte des Fahrzeugs zu beachten. Um die Betrachtung dieser Bewegungen zu vereinfachen, wird eine Fahrt in elementare Fahrbewegungen aufgeteilt, diese werden als Manöver bezeichnet. Ein Manöver besteht in diesem Zusammenhang aus zwei Elementen. Zum einen werden Pfade für bestimmte Bezugspunkte konstruiert, zum anderen wird das Gespann während der Manöverausführung von einem Korridor umschlossen. Die Pfade des Fahrzeugs müssen dabei fahrbar sein, das heißt, sie müssen die kinematischen Einschränkungen des Fahrzeugs beachten. Der Manöverkorridor kann als Grundlage verwendet werden, um die Kollisionsfreiheit zu garantieren. Während des Manövers verlässt kein Fahrzeugteil den Korridor. Es gibt verschiedene Manövertypen. Derzeit werden das Kurvenmanöver, das Wendemanöver und die Geradeausfahrt unterschieden. Außerdem kann ein Manöver zur Zeit mit zwei unterschiedlichen Konstruktionsmethoden erstellt werden, der konventionellen und der iterativen Methode.
In dieser Diplomarbeit wird eine Datenstruktur entworfen und implementiert, die ein Manöver konstruiert. Diese Datenstruktur wird in ein schon bestehendes Werkzeug integriert. Dabei kann der Benutzer mit der Software interagieren, um verschiedene Parameter eines Manövers zu verändern. Das Manöver wird daraufhin auf der Grundlage dieser Parameter konstruiert. Dazu gehört auch eine Visualisierung innerhalb der Software, in der die Bestandteile eines Manövers dargestellt werden können. Die Visualisierung kann in eine Bilddatei exportiert werden.
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Realisierung eines Schrittmo- tortreibers auf einem 8-Bit Mikrocontroller des Unternehmens Atmel. Der Schwerpunkt liegt hierbei in der Entwicklung einer Stromregelung, welche neben den grundlegenden Betriebsmodi wie Voll- und Halbschritt auch den Mikroschritt ermöglicht. Hierfür wird mithilfe physikalischer und regelungs- technischer Grundlagen ein PI-Regler hergeleitet, welcher auf dem Mikro- controller implementiert wird. In diesem Zusammenhang wird auf die erfor- derlichen Kenntnisse für die praktische Umsetzung eingegangen. Zusätzlich wird die Entwicklung der Hardware dokumentiert, welche für die benötigte Strommessung von großer Bedeutung ist.
Die vorliegende Arbeit gibt einen Überblick über die Rahmenbedingungen der Programmierung von Grafikkarten. Dazu werden die zur wichtigsten am Markt vorhandenen Application Programming Interfaces (APIs) vorgestellt und miteinander verglichen. Anschließend werden zwei Standardalgorithmen aus der Datenverarbeitung, Prefix Sum und Radixsort vorgestellt und im Hinblick auf die Implementierung mit paralleler Programmierung auf der GPU zu untersucht. Beide Algorithmen wurden unter Nutzung der OpenGL-API und OpenGL Compute Shadern implementiert. Abschließend wurden die Ausführungszeiten der beiden Algorithmen miteinander verglichen.
Um den wachsenden Anforderungen an die Automobilindustrie gerecht zu werden, reduzieren Automobilhersteller stetig die Fertigungstiefe und verlagern wertschöpfende Anteile zunehmend auf die Zulieferer. Dies macht es erforderlich, dass Unternehmen enger zusammenarbeiten und fördert die Entstehung komplexer Logistiknetzwerke.
Um den damit einhergehenden Anforderungen an den Informationsaustausch zu begegnen, wurde 2009 das Projekt RFID-based Automotive Network (RAN) ins Leben gerufen. Die Initiative hat sich zum Ziel gesetzt, eine standardisierte Architektur für eine effiziente Materialflusssteuerung entlang der gesamtem Supply Chain zu schaffen. Kernkomponente dieser Architektur ist der Infobroker, eine Informationseinheit, die über Auto-ID-Technologie erfasste Daten aus dem Materialfluss automatisiert an Teilnehmer der Supply Chain kommuniziert. Die Abschlussarbeit beschäftigt sich in Kooperation mit der IBS AG, einem Softwareunternehmen und Konsortialpartner im Projekt, mit einem Teilbereich des Austausches von Warendaten.
Zunächst werden theoretische Grundlagen geschaffen, indem auf Merkmale einer Supply Chain eingegangen und anschließend Standardisierungsbestrebungen beschrieben werden. Um den Bezug zum Projekt herstellen zu können, wird im Supply Chain Kapitel näher auf die Automobilindustrie und Trends in diesem Sektor eingegangen. Im Bereich der Standardisierung werden Standards im elektronischen Datenaustausch vertiefend dargestellt, um auch hier eine Überleitung zum Infobroker-Konzept zu schaffen. Im Analyseteil werden zu Beginn Projekte mit ähnlicher Problemstellung wie bei RAN vorgestellt und durch die Beschreibung von Gemeinsamkeiten und Unterschieden ein Bezug hergestellt. Daraufhin werden anhand von Projektdokumenten Anforderungen an das System beschrieben und mehrere Modelle zur Problemstellung entworfen. Mit Rich Pictures werden die IST-Problematik und der SOLL-Zustand zunächst beschrieben. Darauf aufbauend wird der Fluss von Warendaten zwischen zwei Unternehmen veranschaulicht und die Funktion des Infobrokers beim Informationsaustausch verdeutlicht. Ziel ist die Schaffung eines Verständnisses für die Herausforderungen des Projektes und wie die vorgeschlagenen Konzepte der RAN-Initiative zur Optimierung einer Automotive Supply Chain beitragen können.
Die vorliegende Arbeit betrachtet den Einfluss von Wald- und Wirtschaftswegen auf Abflussentstehung und Bodenerosionsraten innerhalb eines bewaldeten Einzugsgebiets im Naturschutzgebiet Laacher See. Hierfür wurden sowohl bestehende Erosions- und Akkumulationsformen im Gelände kartiert, als auch Erosionssimulationen mittels einer Kleinberegnungsanlage durchgeführt. Zuletzt erfolgte eine Modellierung des Erosionspotentials auf Grundlage der Simulationsergebnisse.
Die Analyse bestehender Erosions- und Akkumulationsformen im Gelände gab einen Hinweis auf Bodenerosionsraten von Wegoberflächen, die zwischen 27,3 und 93,5 t ha-1 a-1 und somit in derselben Größenordnung wie Erosionsraten unter intensiver ackerbaulicher Nutzung lagen.
Die Simulationsläufe zeigten, dass persistente Waldwege ein deutlich verändertes Infiltrationsverhalten aufwiesen. Auf natürlichen Waldböden lag der Anteil des infiltrierten Niederschlags bei durchschnittlich 96%. Im Falle von Waldwegen nahm dieser Anteil im Mittel auf 14% bis 7% ab. Besonders auffällig waren die Ergebnisse auf Rückegassen, auf denen ein erheblicher Einfluss der Bodenverdichtung durch Befahrung nachgewiesen werden konnte. Hier sank der Anteil des infiltrierten Niederschlags auf 31% in den Fahrspuren, zwischen den Spuren wurden noch 76 % infiltriert.
Während der Simulationsläufe konnten maximale Sedimentmengen von 446 g m-2 erodiert werden, was einer mittleren Bodenerosionsrate von 4,96 g m-2 min-1 entspricht. Diese hohen Abtragsraten wurden auf persistenten Wegen mit geringer Befestigung gemessen. Rückegassen wiesen die geringsten Abtragswerte auf, maximal konnten 37 g m-2 erodiert werden, gleichbedeutend mit einer Abtragsrate von 0,41 g m-2 min-1. Die erodierten Sedimentmengen betrugen im Mittel bei Wegen 167 bis 319 g m-2 und im Falle von Rückegassen 17 g m-2. Anhand von Vergleichsmessungen auf Waldstandorten, bei denen ein mittlerer Bodenabtrag von ca. 5 g m-2 festgestellt wurde, konnte eine erhöhte Erodierbarkeit für jedwede Form der Weganlage bestätigt werden.
Auf Basis der im Gelände gemessenen Abtragsraten wurden die Modellierungen kalibriert. Die Ergebnisse der ABAG / DIN 19708 zeigten für das betrachtete Untersuchungsgebiet eine mittlere jährliche Bodenerosionsgefährdung von 2,4 - 5,8 t ha-1 a-1 für persistente Wege und von 0,5 t ha-1 a-1 für Rückegassen. Im Vergleich zum Mittelwert weitgehend unbeeinflusster Waldflächen im Untersuchungsgebiet von 0,1 t ha-1 a-1 zeigte sich abermals ein erhöhtes Abtragspotential. Die physikalisch basierte Modellierung der Beregnungsversuche mittels WEPP zeigte ein zufriedenstellendes Ergebnis bei der Einschätzung des Abflussverhaltens, so wurden für persistente Wege nur Abweichungen von maximal -5% festgestellt. Die Abflussmodellierung auf Rückegassen sowie die generelle Modellierung der Bodenerosion während der Beregnungsversuche zeigte sich im Kontrast hierzu noch fehlerbehaftet, was ursächlich mit der für ein physikalisches Modell relativ geringen Eingangsdatentiefe zu begründen ist.
Es wurde nachgewiesen, dass Waldwege einen bedeutenden Einfluss auf den Wasserhaushalt und das Bodenerosionsgeschehen haben. Der Rückhalt von Niederschlägen wird gemindert und es kommt zu intensivierten Bodenerosionsprozessen. Schlecht befestigte Wege zeigten einen stark erhöhten Bodenabtrag, der zu ökologischen Folgeschäden führen kann. Der Abtrag kann ebenso zu einer Beeinträchtigung der Befahrbarkeit führen. Anhand der Folgen lässt sich die Relevanz der Betrachtung von Abfluss- und Bodenerosionsprozessen auf Wald- und Wirtschaftswegen deutlich machen. Die vorliegende Arbeit stellt die erste Studie dar, innerhalb derer Abfluss- und Bodenerosionspozesse für Walderschließungsnetzwerke in Mitteleuropa untersucht wurden.
Innovation verhilft einem nach Fortschritt strebenden Unternehmen zu sehr schnellen Wachstum. Sie eröffnet dem Unternehmen die Möglichkeit der Konkurrenz immer einen Schritt voraus zu sein und somit neue Kundengruppen für sich zu gewinnen. Allgemein stehen Unternehmen vor der Wahl zwischen einem offenen und einem geschlossenen Innovationsprozess. In dieser Ausarbeitung versuchen wir auf den offenen Innovationsprozess einzugehen und vor allem auf die Informations- und Innovationssysteme, die diesen Prozess unterstützen. Natürlich ergeben sich sowohl Vor- als auch Nachteile, wenn es dazu kommt für einen schnelleren und besseren Fortschritt als Unternehmen seine Innovationsprozesse offen zu legen. Daher werden wir einige Beispiele aus der Unternehmenswelt untersuchen und diese unter dem Aspekt des offenen Innovationsprozesses analysieren. Dabei zeichnen sich natürlich immer Unternehmen ab, die mit der Unterstützung von Informationssystemen einen erfolgreichen offenen Innovationsprozess meistern konnten und andere Unternehmen, bei denen das Konzept des offenen Innovationsprozess nicht geglückt ist.
Wireshark und VNUML Im Rahmen dieser Studienarbeit sollen einige Netzwerk-Protokolle mit dem Protokollanalyser Wireshark beobachtet und der Umgang damit beschrieben werden. Wireshark ist ein Ableger von "Ethereal", einem der bekanntesten Protokoll-Analyser. Wireshark analysiert Netzwerkverkehr, zeichnet ihn auf und stellt ihn übersichtlich dar. Für die Simulation des Netzwerks wird VNUML verwendet. Da VNUML nur unter Linux verwendet werden kann, wird andLinux als virtuelle Maschine dazwischen geschaltet um auch in Windows arbeiten zu können.