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Preserving Data Integrity in Distributed SystemsTriebel, Marvin 30 November 2018 (has links)
Informationssysteme verarbeiten Daten, die logisch und physisch über Knoten verteilt sind. Datenobjekte verschiedener Knoten können dabei Bezüge zueinander haben. Beispielsweise kann ein Datenobjekt eine Referenz auf ein Datenobjekt eines anderen Knotens oder eine kritische Information enthalten. Die Semantik der Daten induziert Datenintegrität in Form von Anforderungen: Zum Beispiel sollte keine Referenz verwaist und kritische Informationen nur an einem Knoten verfügbar sein. Datenintegrität unterscheidet gültige von ungültigen Verteilungen der Daten.
Ein verteiltes System verändert sich in Schritten, die nebenläufig auftreten können. Jeder Schritt manipuliert Daten. Ein verteiltes System erhält Datenintegrität, wenn alle Schritte in einer Datenverteilung resultieren, die die Anforderungen von Datenintegrität erfüllen. Die Erhaltung von Datenintegrität ist daher ein notwendiges Korrektheitskriterium eines Systems. Der Entwurf und die Analyse von Datenintegrität in verteilten Systemen sind schwierig, weil ein verteiltes System nicht global kontrolliert werden kann.
In dieser Arbeit untersuchen wir formale Methoden für die Modellierung und Analyse verteilter Systeme, die mit Daten arbeiten. Wir entwickeln die Grundlagen für die Verifikation von Systemmodellen. Dazu verwenden wir algebraische Petrinetze. Wir zeigen, dass die Schritte verteilter Systeme mit endlichen vielen Transitionen eines algebraischen Petrinetzes beschrieben werden können, genau dann, wenn eine Schranke für die Bedingungen aller Schritte existiert. Wir verwenden algebraische Gleichungen und Ungleichungen, um Datenintegrität zu spezifizieren. Wir zeigen, dass die Erhaltung von Datenintegrität unentscheidbar ist, wenn alle erreichbaren Schritte betrachtet werden. Und wir zeigen, dass die Erhaltung von Datenintegrität entscheidbar ist, wenn auch unerreichbare Schritte berücksichtigt werden. Dies zeigen wir, indem wir die Berechenbarkeit eines nicht-erhaltenden Schrittes als Zeugen zeigen. / Information systems process data that is logically and physically distributed over many locations. Data entities at different locations may be in a specific relationship. For example, a data entity at one location may contain a reference to a data entity at a different location, or a data entity may contain critical information such as a password. The semantics of data entities induce data integrity in the form of requirements. For example, no references should be dangling, and critical information should be available at only one location. Data integrity discriminates between correct and incorrect data distributions.
A distributed system progresses in steps, which may occur concurrently. In each step, data is manipulated. Each data manipulation is performed locally and affects a bounded number of data entities. A distributed system preserves data integrity if each step of the system yields a data distribution that satisfies the requirements of data integrity. Preservation of data integrity is a necessary condition for the correctness of a system. Analysis and design are challenging, as distributed systems lack global control, employ different technologies, and data may accumulate unboundedly.
In this thesis, we study formal methods to model and analyze distributed data-aware systems. As a result, we provide a technology-independent framework for design-time analysis. To this end, we use algebraic Petri nets. We show that there exists a bound for the conditions of each step of a distributed system if and only if the steps can be described by a finite set of transitions of an algebraic Petri net. We use algebraic equations and inequalities to specify data integrity. We show that preservation of data integrity is undecidable in case we consider all reachable steps. We show that preservation of data integrity is decidable in case we also include unreachable steps. We show the latter by showing computability of a non-preserving step as a witness.
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Predictive Resource Management for Scientific WorkflowsWitt, Carl Philipp 21 July 2020 (has links)
Um Erkenntnisse aus großen Mengen wissenschaftlicher Rohdaten zu gewinnen, sind komplexe Datenanalysen erforderlich. Scientific Workflows sind ein Ansatz zur Umsetzung solcher Datenanalysen. Um Skalierbarkeit zu erreichen, setzen die meisten Workflow-Management-Systeme auf bereits existierende Lösungen zur Verwaltung verteilter Ressourcen, etwa Batch-Scheduling-Systeme. Die Abschätzung der Ressourcen, die zur Ausführung einzelner Arbeitsschritte benötigt werden, wird dabei immer noch an die Nutzer:innen delegiert. Dies schränkt die Leistung und Benutzerfreundlichkeit von Workflow-Management-Systemen ein, da den Nutzer:innen oft die Zeit, das Fachwissen oder die Anreize fehlen, den Ressourcenverbrauch genau abzuschätzen.
Diese Arbeit untersucht, wie die Ressourcennutzung während der Ausführung von Workflows automatisch erlernt werden kann. Im Gegensatz zu früheren Arbeiten werden Scheduling und Vorhersage von Ressourcenverbrauch in einem engeren Zusammenhang betrachtet. Dies bringt verschiedene Herausforderungen mit sich, wie die Quantifizierung der Auswirkungen von Vorhersagefehlern auf die Systemleistung.
Die wichtigsten Beiträge dieser Arbeit sind:
1. Eine Literaturübersicht aktueller Ansätze zur Vorhersage von Spitzenspeicherverbrauch mittels maschinellen Lernens im Kontext von Batch-Scheduling-Systemen.
2. Ein Scheduling-Verfahren, das statistische Methoden verwendet, um vorherzusagen, welche Scheduling-Entscheidungen verbessert werden können.
3. Ein Ansatz zur Nutzung von zur Laufzeit gemessenem Spitzenspeicherverbrauch in Vorhersagemodellen, die die fortwährende Optimierung der Ressourcenallokation erlauben. Umfangreiche Simulationsexperimente geben Einblicke in Schlüsseleigenschaften von Scheduling-Heuristiken und Vorhersagemodellen.
4. Ein Vorhersagemodell, das die asymmetrischen Kosten überschätzten und unterschätzten Speicherverbrauchs berücksichtigt, sowie die Folgekosten von Vorhersagefehlern einbezieht. / Scientific experiments produce data at unprecedented volumes and resolutions. For the extraction of insights from large sets of raw data, complex analysis workflows are necessary. Scientific workflows enable such data analyses at scale. To achieve scalability, most workflow management systems are designed as an additional layer on top of distributed resource managers, such as batch schedulers or distributed data processing frameworks. However, like distributed resource managers, they do not automatically determine the amount of resources required for executing individual tasks in a workflow. The status quo is that workflow management systems delegate the challenge of estimating resource usage to the user. This limits the performance and ease-of-use of scientific workflow management systems, as users often lack the time, expertise, or incentives to estimate resource usage accurately.
This thesis is an investigation of how to learn and predict resource usage during workflow execution. In contrast to prior work, an integrated perspective on prediction and scheduling is taken, which introduces various challenges, such as quantifying the effects of prediction errors on system performance.
The main contributions are:
1. A survey of peak memory usage prediction in batch processing environments. It provides an overview of prior machine learning approaches, commonly used features, evaluation metrics, and data sets.
2. A static workflow scheduling method that uses statistical methods to predict which scheduling decisions can be improved.
3. A feedback-based approach to scheduling and predictive resource allocation, which is extensively evaluated using simulation. The results provide insights into the desirable characteristics of scheduling heuristics and prediction models.
4. A prediction model that reduces memory wastage. The design takes into account the asymmetric costs of overestimation and underestimation, as well as follow up costs of prediction errors.
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Controller-Synthese für Services mit DatenBathelt-Tok, Franziska 12 December 2017 (has links)
Die steigende Nachfrage an immer komplexeren Systemen in verschiedensten wirtschaftlichen Bereichen, erfordert Strategien, die Wartbarkeit und Wiederverwendbarkeit unterstützen. An diesem Punkt setzen service-orientierte Architekturen (SOAn) an. Dieses Paradigma fordert die Aufspaltung von Funktionalität in Services, die komponiert werden können, um eine gewünschte, komplexe Funktionalität zu erreichen. Besonders in sicherheitskritischen Bereichen, kann eine fehlerbehaftete Komposition jedoch zu hohen finanziellen Einbußen oder sogar zu lebensbedrohlichen Situationen führen. Um die Korrektheit sicherzustellen, müssen Kompositionsmethoden im Vorfeld definierte Eigenschaften garantieren und die, durch die unabhängige Entwicklung auftretenden, Interface-Inkompatibilitäten behandeln. Existierende Ansätze zur automatisierten Service-Komposition durch Controller-Synthese beinhalten jedoch keine formale Datenbehandlung und können daher nicht mit datenabhängigem Verhalten umgehen.
In der vorliegenden Arbeit, löse ich dieses Problem durch die Bereitstellung eines Ansatzes zur automatisierten Synthese datenabhängiger, korrekter Service-Controller. Dabei wird ein Controller direkt aus den spezifizierten Anforderungen und dem Verhalten der Services erzeugt.
Basierend auf den Annahmen, dass die Anforderungen in RCTL, einer Untermenge der Computational Tree Logic (CTL), spezifiziert und die Services als Algebraische Petrinetze (APNe) gegeben sind, vereinigt mein neuartiger Ansatz die beiden Formalismen und unterstützt eine zuverlässige Extraktion des Controller-Verhaltens. Durch die Nutzung der APNe, erlaubt der Ansatz eine formale Datenbehandlung und somit eine Betrachtung datenabhängigen Verhaltens.
Die Anwendbarkeit meines Ansatzes habe ich an drei Fallstudien aus dem medizinischen Bereich gezeigt, wo Geräte sicher miteinander kommunizieren müssen. / The continuously increasing demand for more complex systems in various economical domains requires a strategy that supports maintainability and reusability. This is addressed by the service-oriented architecture (SOA)}-paradigm that encourages the encapsulation of functionality into services. To achieve a specific functionality, services can be composed. Especially in safety-critical systems, an incorrect composition of various components can lead to high financial losses or even life threatening situations. To ensure the correctness, composition methods must particularly be able to guarantee pre-specified requirements and to overcome interface incompatibilities, which result from the independent development of the single services. However, current approaches for automated service composition via controller synthesis do not support a formal data-treatment and do not cope with data-dependent behavior.
In this thesis, we overcome this problem by providing an approach for the automated synthesis of data-dependent service controllers that are correct-by-construction. The core idea is to synthesize such a controller directly from given requirements and the behavior of the services. Based on the assumptions that the requirements are specified using a subset of Computational Tree Logic (CTL), called RCTL, and that the services are given as algebraic Petri Nets (APNs), our novel synthesis process unifies the two formalisms and enables a reliable extraction of the controller behavior. Especially due to the use of APNs, our approach supports a formal data-treatment and enables a consideration of data-dependent behavior.
With our synthesis process, which is based on a successive combination of requirements and services, we provide a practical applicable approach that works fully automatically. We show the applicability of our approach using three case studies in which medical devices interact with each other.
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Exploring the Complexity of Event Query DiscoveryKleest-Meißner, Sarah 15 November 2024 (has links)
Sequentielle Daten sind meist zeitlich geordnete (un)endliche Datenströme von Events über einem multi-dimensionalen Eventschema. Systeme über sequentiellen Daten nutzen Anfragen, um Zusammenhänge von besonderem Interesse in sequentiellen Daten zu beschreiben. Basierend auf historischen Daten müssen solche Anfragen zunächst definiert werden. Diese komplexe Aufgabe wird zumeist nicht automatisiert gelöst. In dieser Dissertation behandeln wir multi-dimensionale Teilfolge-Anfragen mit Platzhaltern und beschränkten Lücken als Anfragesprache für sequentielle Daten. Anfragen bestehen aus einer Zeichenkette s über einem Alphabet aus Symbolen und Variablen, einem globalen Fenster w und einem Tupel c aus lokalen Lückenbeschränkungen. Eine Anfrage passt zu einer Folge t über der Menge an Symbolen, falls die in s vorkommenden Variablen so durch einzelne Symbole ersetzt werden können, dass die daraus resultierende Zeichenkette s' als Teilfolge in t vorkommt. Die Gesamtlänge des Vorkommens darf dabei nicht mehr als w Events umfassen und die Distanz zwischen konsekutiven Positionen der Teilfolge muss c entsprechen. Wir untersuchen, wie zu einer Menge von Folgen S eine Anfrage gefunden werden kann, die S bestmöglich beschreibt (Suchproblem). Wir geben einen Algorithmus an, der dieses Problem löst, und analysieren dessen Komplexität. Zu entscheiden, ob eine Anfrage zu einer Folge passt (Matchingproblem), dominiert die Laufzeit des Algorithmus. Wir führen disjunktive multi-dimensionale Teilfolge-Anfragen mit Platzhaltern und beschränkten Lücken, sowie multi-dimensionale Teilfolge-Anfragen mit Platzhaltern und verallgemeinerten beschränkten Lücken als Erweiterungen ein, und passen den oben genannter Algorithmus an, um das Suchproblem für diese Anfragemodelle zu lösen. Die theoretischen Ergebnisse werden durch die Beschreibung der prototypischen Implementierung der genannten Algorithmen und der experimentellen Evaluation basierend auf synthetischen und realen Datensätzen ergänzt. / Sequence data are (usually temporally) ordered finite or infinite streams over events that are instances of a multi-dimensional schema. Systems which deal with sequence data usually use queries to detect situations of interest. However, finding such queries from historical sequence data is notoriously hard and is often assumed to be a non-automated task. In this dissertation, we propose multi-dimensional subsequence queries with wildcards and gap-size constraints (mswg-queries) as an expressive query model for sequence data. These queries consist of a query string s over an alphabet of variables and types, as well as a global window size w and a tuple c of local gap-size constraints. A query matches a trace t, i.e., a sequence of events, if the variables in s can be replaced by single types in such a way that the resulting string s' occurs as a subsequence in t that spans an area of at most w events, and the distance between consecutive positions in the subsequence conforms with c. We study the task of discovering an mswg-query that describes best a given sample, i.e. a finite set of traces. For that, we provide an algorithm solving this problem, and investigate its complexity. Our analysis identifies the subroutine for solving the matching problem (i.e., deciding whether a given query q matches in a given trace t) as the only potential bottleneck. We propose extensions of mswg-queries for the one-dimensional setting, namely, subsequence queries with generalised gap-size constraints (swgg-queries) and disjunctive subsequence queries (dswg-queries), and discuss how the aforementioned algorithm can be adapted to compute swgg- and dswg-queries that describes best a sample. The formal results are complemented by a description of our prototypical implementation of query discovery and an experimental evaluation based on both, synthetic and real-world data.
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Intégration du sol sabin : la mesure agraire de Manius Curius DentatusMassé, François 25 April 2018 (has links)
La présente étude porte sur la mesure agraire réalisée par le consul Manius Curius Dentatus, vers 290 av. J.-C, dans le cadre de l'intégration du sol sabin à l'Italie romaine. Nous tentons d'incorporer tous les domaines de connaissances pertinents à la résolution de cette problématique agraire, visant à clarifier les modalités et les applications de la distribution des terres sabines. Ainsi nous précisons la situation antérieure, les motivations des intervenants, la procédure législative, l'identité des bénéficiaires, la taille des lots, et les applications pour chacune des régions de la Sabine, à la lumière du contexte géographique, social et politique de l'époque. / Québec Université Laval, Bibliothèque 2013
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After the daggers : politics and persuasion after the assassination of CaesarMahy, Trevor Bryan January 2010 (has links)
In this thesis, I examine the nature and role of persuasion in Roman politics in the period immediately following the assassination of Caesar on the Ides of March 44 B.C. until the capture of the city of Rome by his heir Octavianus in August 43 B.C. The purpose of my thesis is to assess the extent to which persuasion played a critical role in political interactions and in the decision-making processes of those involved during this crucial period in Roman history. I do this by means of a careful discussion and analysis of a variety of different types of political interactions, both public and private. As regards the means of persuasion, I concentrate on the role and use of oratory in these political interactions. Consequently, my thesis owes much in terms of approach to the work of Millar (1998) and, more recently, Morstein-Marx (2004) on placing oratory at the centre of our understanding of how politics functioned in practice in the late Roman republic. Their studies, however, focus on the potential extent and significance of mass participation in the late Roman republican political system, and on the contio as the key locus of political interaction. In my thesis, I contribute to improving our new way of understanding late Roman republican politics by taking a broader approach that incorporates other types of political interactions in which oratory played a significant role. I also examine oratory as but one of a variety of means of persuasion in Roman political interactions. Finally, in analyzing politics and persuasion in the period immediately after Caesar’s assassination, I am examining not only a crucial period in Roman history, but one which is perhaps the best documented from the ancient world. The relative richness of contemporary evidence for this period calls out for the sort of close reading of sources and detailed analysis that I provide in my thesis that enables a better understanding of how politics actually played out in the late Roman republic.
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Energy-Efficient Key/Value StoreTena, Frezewd Lemma 11 September 2017 (has links) (PDF)
Energy conservation is a major concern in todays data centers, which are the 21st century data processing factories, and where large and complex software systems such as distributed data management stores run and serve billions of users. The two main drivers of this major concern are the pollution impact data centers have on the environment due to their waste heat, and the expensive cost data centers incur due to their enormous energy demand. Among the many subsystems of data centers, the storage system is one of the main sources of energy consumption. Among the many types of storage systems, key/value stores happen to be the widely used in the data centers. In this work, I investigate energy saving techniques that enable a consistent hash based key/value store save energy during low activity times, and whenever there is an opportunity to reuse the waste heat of data centers.
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Answering Conjunctive Queries and FO+MOD Queries under UpdatesKeppeler, Jens 26 June 2020 (has links)
In dieser Arbeit wird das dynamische Auswertungsproblem über dynamische Datenbanken betrachtet, bei denen Tupel hinzugefügt oder gelöscht werden können. Die Aufgabe besteht darin einen dynamischen Algorithmus zu konstruieren, welcher unmittelbar nachdem die Datenbank aktualisiert wurde, die Datenstruktur, die das Resultat repräsentiert, aktualisiert.
Die Datenstruktur soll in konstanter Zeit aktualisiert werden und das Folgende unterstützen:
* Teste in konstanter Zeit ob ein Tupel zur Ausgabemenge gehört,
* gebe die Anzahl der Tupel in der Ausgabemenge in konstanter Zeit aus,
* zähle die Tupel aus der Ausgabemenge mit konstanter Taktung auf und
* zähle den Unterschied zwischen der neuen und der alten Ausgabemenge mit konstanter Taktung auf.
Im ersten Teil werden konjunktive Anfragen und Vereinigungen konjunktiver Anfragen auf relationalen Datenbanken betrachtet. Die Idee der q-hierarchischen Anfragen (und t-hierarchische Anfragen für das Testen) wird eingeführt und es wird gezeigt, dass das Resultat für jede q-hierarchische Anfrage auf dynamischen Datenbanken effizient in dem oben beschriebenen Szenario ausgewertet werden können. Konjunktive Anfragen mit Aggregaten werden weiterhin betrachtet. Es wird gezeigt, dass das Lernen von polynomiellen Regressionsfunktionen in konstanter Zeit vorbereitet werden kann, falls die Trainingsdaten aus dem Anfrageergebnis kommen.
Mit logarithmischer Update-Zeit kann folgende Routine unterstützt werden: Bei Eingabe einer Zahl j, gebe das j-te Tupel aus der Aufzählung aus.
Im zweiten Teil werden Anfragen, die Formeln der Logik erster Stufe (FO) und deren Erweiterung mit Modulo-Zähl Quantoren (FO+MOD) sind, betrachtet, und es wird gezeigt, dass diese effizient unter Aktualisierungen ausgewertet können, wobei die dynamische Datenbank die Gradschranke nicht überschreitet, und bei der Auswertung die Zähl-, Test-, Aufzähl- und die Unterschied-Routine unterstützt werden. / This thesis investigates the query evaluation problem for fixed queries over fully dynamic
databases, where tuples can be inserted or deleted.
The task is to design a dynamic algorithm that
immediately reports the new result of a fixed query after every database update.
In particular, the goal is to construct a data structure that allows to
support the following scenario.
After every database update, the data structure can be updated in
constant time such that afterwards we are able
* to test within constant time for a given tuple whether or not it belongs to the query result,
* to output the number of tuples in the query result,
* to enumerate all tuples in the new query result with constant delay and
* to enumerate the difference between the old and the new query result with constant delay.
In the first part, conjunctive queries and unions of conjunctive queries on arbitrary relational
databases are considered. The notion of q-hierarchical conjunctive queries (and t-hierarchical conjunctive queries for testing) is introduced and it is shown that the result of each such query on a dynamic database can be maintained efficiently in the sense described above. Moreover, this notion is extended to aggregate queries.
It is shown that the preparation of learning a polynomial regression function can be done
in constant time if the training data are taken (and maintained under updates) from the query result of
a q-hierarchical query.
With logarithmic update time the following
routine is supported: upon input of a natural number j, output the j-th tuple that will be enumerated.
In the second part, queries in first-order logic (FO) and its extension with modulo-counting quantifiers (FO+MOD) are considered, and it is shown that they can be efficiently evaluated under updates, provided that the dynamic database does not exceed a certain degree bound, and the counting, testing, enumeration and difference routines is supported.
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L'impérialisme romain en Judée : de la paix d'Apamée à la conquête de Jérusalem par PompéeRenaud, Alain 25 April 2018 (has links)
Dès la paix d ' Apamée (188 av. J.-C), la politique romaine en Orient provoqua la désagrégation des royaumes hellénistiques et leur réduction progressive en provinces romaines, processus qui se termina lors des conquîtes de Pompée (67-63 av. J.-C). Cependant, cette lente incorporation du monde hellénistique dans l'Empire romain ne se fit pas de façon uniforme et ne peut pas être définit selon des cadres chronologiques trop stricts. Il convient plutôt de l'analyser en fonction d'un schéma tripartite: la reconnaissance, l'évolution de l'alliance, la rupture. C'est dans ce schéma et dans les paradigmes temporels et géographiques de la conquête de l'Orient par Rome que se situent les relations diplomatiques romaines avec la Judée qui, après avoir permis aux Juifs d'arracher leur indépendance à la Syrie, provoquèrent une logique de dépendance dont ils ne purent s'abstraire qu'en rompant leur alliance avec Rome. / Québec Université Laval, Bibliothèque 2013
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Semi-Automatic Mapping of Structured Data to Visual Variables / Halbautomatische Abbildung von strukturierten Daten auf Visuelle VariablenPolowinski, Jan 09 April 2013 (has links) (PDF)
While semantic web data is machine-understandable and well suited for advanced filtering, in its raw representation it is not conveniently understandable to humans. Therefore, visualization is needed. A core challenge when visualizing the structured but heterogeneous data turned out to be a flexible mapping to Visual Variables. This work deals with a highly flexible, semi-automatic solution with a maximum support of the visualization process, reducing the mapping possibilities to a useful subset. The basis for this is knowledge, concerning metrics and structure of the data on the one hand and available visualization structures, platforms and common graphical facts on the other hand — provided by a novel basic visualization ontology. A declarative, platform-independent mapping vocabulary and a framework was developed, utilizing current standards from the semantic web and the Model-Driven Architecture (MDA). / Während Semantic-Web-Daten maschinenverstehbar und hervorragend filterbar sind, sind sie — in ihrer Rohform — nicht leicht von Menschen verstehbar. Eine Visualisierung der Daten ist deshalb notwendig. Die Kernherausforderung dabei ist eine flexible Abbildung der strukturierten aber heterogenen Daten auf Visuelle Variablen. Diese Arbeit beschreibt eine hochflexible halbautomatische Lösung bei maximaler Unterstützung des Visualisierungsprozesses, welcher die Abbildungsmöglichkeiten, aus denen der Nutzer zu wählen hat, auf eine sinnvolle Teilmenge reduziert. Die Grundlage dafür sind einerseits Metriken und das Wissen über die Struktur der Daten und andererseits das Wissen über verfügbare Visualisierungsstrukturen, -plattformen und bekannte grafische Fakten, welche durch eine neuentwickelte Visualisierungsontologie bereitgestellt werden. Basierend auf Standards des Semantic Webs und der Model-getriebenen Architektur, wurde desweiteren ein deklaratives, plattformunabhängiges Visualisierungsvokabular und -framework entwickelt.
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