With the explosion of the number of compute nodes, the bottleneck of future computing systems lies in the network architecture connecting the nodes. Addressing the bottleneck requires replacing current backplane-based network topologies. We propose to revolutionize computing electronics by realizing embedded optical waveguides for onboard networking and wireless chip-to-chip links at 200-GHz carrier frequency connecting neighboring boards in a rack. The control of novel rate-adaptive optical and mm-wave transceivers needs tight interlinking with the system software for runtime resource management.

The automotive industry is currently trying to replace the conventional steels to lightweight materials such as aluminum or carbon fiber to meet all stricter emission targets. When using such materials, traditional joining methods, such as spot welds, could be difficult to use. Therefore, more focus has been put on self-piercing rivets (SPR).In whole car models used in crash simulations, substitution models are used to model SPR joints. It is important to calibrate these models for different load cases. Volvo Cars Corporation (VCC) are currently calibrating using time-consuming physical tests where the SPR joint is subjected to loads in different directions. To save time, a way of virtually evaluating the SPR joint strength is therefore sought after. To do this, a method was developed using non-linear FEM in LS-DYNA. The method was then used to perform sensitivity studies concerning friction, sheet thickness and rivet geometry.The method developed can be divided into three parts. The process simulation, where the rivet insertion was simulated. A springback analysis, where the material is allowed to springback, closer resembling the real behaviour. Finally, the three destructive tests, lap-shear, cross-tension and KS2, were built using the geometry and initial values from the springback.For the process simulation, an explicit solution was used. To handle the large deformations present during the event, r-adaptivity was used together with a kill-element-method to describe failure, based on CrachFEM or Gissmo. The following springback analysis was then performed using one implicit step.For the destructive tests, a solid element representation of the SPR joint was created using the geometry and initial values from the springback. A shell-solid hybrid model was used to keep the computational time low.Using the method, a good correlation was found both for the process- and the destructive test simulations when compared to experiments. Furthermore, it could be concluded that friction, sheet thickness and rivet geometry affects the SPR joint strength and characteristics.

Die vorliegende Arbeit "Adaptive Discontinuous Petrov-Galerkin Finite-Element-Methods" beweist optimale Konvergenzraten für vier diskontinuierliche Petrov-Galerkin (dPG) Finite-Elemente-Methoden für das Poisson-Modell-Problem für genügend feine Anfangstriangulierung. Sie zeigt dazu die Äquivalenz dieser vier Methoden zu zwei anderen Klassen von Methoden, den reduzierten gemischten Methoden und den verallgemeinerten Least-Squares-Methoden. Die erste Klasse benutzt ein gemischtes System aus konformen Courant- und nichtkonformen Crouzeix-Raviart-Finite-Elemente-Funktionen. Die zweite Klasse verallgemeinert die Standard-Least-Squares-Methoden durch eine Mittelpunktsquadratur und Gewichtsfunktionen. Diese Arbeit verallgemeinert ein Resultat aus [Carstensen, Bringmann, Hellwig, Wriggers 2018], indem die vier dPG-Methoden simultan als Spezialfälle dieser zwei Klassen charakterisiert werden. Sie entwickelt alternative Fehlerschätzer für beide Methoden und beweist deren Zuverlässigkeit und Effizienz. Ein Hauptresultat der Arbeit ist der Beweis optimaler Konvergenzraten der adaptiven Methoden durch Beweis der Axiome aus [Carstensen, Feischl, Page, Praetorius 2014]. Daraus folgen dann insbesondere die optimalen Konvergenzraten der vier dPG-Methoden. Numerische Experimente bestätigen diese optimalen Konvergenzraten für beide Klassen von Methoden. Außerdem ergänzen sie die Theorie durch ausführliche Vergleiche beider Methoden untereinander und mit den äquivalenten dPG-Methoden. / The thesis "Adaptive Discontinuous Petrov-Galerkin Finite-Element-Methods" proves optimal convergence rates for four lowest-order discontinuous Petrov-Galerkin methods for the Poisson model problem for a sufficiently small initial mesh-size in two different ways by equivalences to two other non-standard classes of finite element methods, the reduced mixed and the weighted Least-Squares method. The first is a mixed system of equations with first-order conforming Courant and nonconforming Crouzeix-Raviart functions. The second is a generalized Least-Squares formulation with a midpoint quadrature rule and weight functions. The thesis generalizes a result on the primal discontinuous Petrov-Galerkin method from [Carstensen, Bringmann, Hellwig, Wriggers 2018] and characterizes all four discontinuous Petrov-Galerkin methods simultaneously as particular instances of these methods. It establishes alternative reliable and efficient error estimators for both methods. A main accomplishment of this thesis is the proof of optimal convergence rates of the adaptive schemes in the axiomatic framework [Carstensen, Feischl, Page, Praetorius 2014]. The optimal convergence rates of the four discontinuous Petrov-Galerkin methods then follow as special cases from this rate-optimality. Numerical experiments verify the optimal convergence rates of both types of methods for different choices of parameters. Moreover, they complement the theory by a thorough comparison of both methods among each other and with their equivalent discontinuous Petrov-Galerkin schemes.

Depuis 50 ans, une évolution permanente de l’interaction homme-machine a permis qu’aujourd’hui, nous tendions vers des systèmes temps réel proposant une interaction simple et intuitive à l’utilisateur et s’adaptant automatiquement à l’activité observée et interprétée. L’utilisateur peut dorénavant interagir avec un système informatique, volontairement ou de manière non consciente, par le biais de plusieurs modalités, comme il ferait dans la vie courante. Actuellement, les systèmes les plus développés sont ceux permettant à l’utilisateur d’interagir par le biais de gestuelles, qu’elles soient explicites ou implicites. Ces systèmes sont intégrés de plus en plus dans notre environnement, la plupart du temps invisibles pour nous, et s’adaptent en fonction d’un scénario qui définit les objectifs que nous devons atteindre.Plusieurs domaines d’application sont le cadre du développement de tels systèmes, comme celui du jeu vidéo ou encore de la surveillance vidéo. Nous proposons, dans ces travaux de thèse, l’architecture d’un système interactif, sur lequel s’exécute une application scénarisée de type jeu vidéo. L’interactivité est alimentée par les gestuelles du corps d’un unique utilisateur, en temps réel et de manière non invasive. Le système réagit également à divers événements prenant place au sein de la scène réelle, qui sont dus au dynamisme de cette dernière et dont l’utilisateur n’est pas directement responsable (changement d’éclairage, présence de spectateurs, etc.). L’utilisateur est immergé au sein d’un environnement virtuel qui traduit la réponse interactive du système. Ce dernier répond également, en temps réel, à l’activité observée et interprétée, de manière adaptative, adaptant à la fois sa réponse interactive et son fonctionnement global.Nos travaux se basent sur l’hypothèse que l’activité observée au sein de la scène est caractérisée par le contexte d’interaction qui l’englobe. Notre système reconnaît ainsi l’activité en modélisant le contexte d’interaction au sein duquel elle prend place. Notre contribution principale se traduit donc par l’introduction de la notion de contexte au sein des processus interactif et adaptatif. La modélisation du contexte d’interaction que nous proposons nous a servi de base pour celle du scénario d’une application. La gestion et l’analyse de ce contexte au cours de l’interactivité permettent au système d’interpréter l’activité observée et de paramétrer les différents mécanismes adaptatifs qui en découlent. L’activité est capturée et codifiée par un système étendu, adopté en accord avec le cadre industriel de cette thèse (convention CIFRE avec la société XD Productions). Initialement dédié à la capture, invasive et en milieu contrôlé, des mouvements de l’utilisateur, nos travaux ont permis l’augmentation du processus vers une capture plus générale de l’activité globale,de manière non invasive et en environnement dynamique. Enfin, nous avons développé une application immergeant l’utilisateur au sein d’une simulation virtuelle d’entrainement au tennis. Par le biais d’études de cas extraites de ce scénario, nous avons implémenté les processus interactif et adaptatif prenant place entre le système et l’utilisateur. L’adaptativité du système, supportée par le scénario de l’application, est concrétisée par la mise en place de mécanismes spécifiques à tous les niveaux de l’architecture, en fonction de l’activité observée et interprétée. Nous mettons en évidence un ensemble de boucles logicielles, appelées « boucles vertueuses », générées par l’accumulation des effets d’adaptation du système et améliorant en permanence l’interactivité. Les perspectives à ces travaux de thèse concernent la normalisation et la gestion haut niveau de notre modèle de contexte, la complexification de notre scénario et l’amélioration de notre système de capture dans le cadre de nouvelles applications scénarisées. / For 50 years, human-computer interaction has evolved permanently. Nowadays, real-time systems offer the user simple and intuitive interaction and adapt automatically to the observed and interpreted activity. From now on, the user can interact with computer systems, voluntarily or unconsciously, by several modalities, as he would do it in his everyday life.Currently, the most developed systems are the ones allowing the user to interact by his explicit or implicit body language. These systems are more and more integrated in our environment, are invisible, and adapt according to the scenario that defines the objectives the user has to achieve. Several application fields are the development frameworks of such systems, like video games or video surveillance. We define in this work the architecture of an interactive system, upon which runs a scripted application such as a video game. The interactivity is fed by an only user body language, in real-time and without markers. The system reacts as well to various events taking place within the real scene. These events aredue to the scene dynamism for which the user is not directly responsible (illumination changes, spectators, etc.).The user is immersed within a virtual environment that renders the system interactive response. The system responds adaptively as well, in real-time, to the observed and interpreted activity, adapting at the same time its interactive response and its global functioning. Our work is based on the following hypothesis: the activity, observed within the scene, is characterized by the interaction context that includes it. Thus, our system recognizes the activity by modelling the interaction context within which it takes place. Our main contribution is then the introduction of the notion of context within the interactive and adaptive processes. We use our interaction context modelling to model the application scenario. The context management and analysis during the interactivity allow the system to interpret the observed activity and to configure the different adaptive mechanisms which follow it. The activity is captured and codified by an extended system, chosen according to our work industrial framework (Industrial Convention of Formation by Research – CIFRE – with XDProductions). Initially dedicated to the invasive capture of the user movements in a controlled environment, our work enhances the process towards the general capture of the global activity, without markers and within an uncontrolled environment. Finally, we have developed an application immersing the user within a virtual simulation of tennis training. Thanks to different case studies extracted from this scenario, we have implemented the interactive and adaptive processes taking place between the system and the user. The system adaptivity, supported by the application scenario, is materialized by the implementation of specific mechanisms at every level of the architecture, according to the observed and interpreted activity. We have brought to light a set of software loops, called virtuous loops, generated by the accumulation of the system adaptation effects and improving the interactivity permanently. Our work perspectives concern the formalization and the high-level management of our context model, the complexity of our scenario and the improvement of our capture systemwithin the framework of new scripted applications.

Dans un contexte d'adaptabilité ciblée, l'erreur commise sur une quantité d'intérêt peut être représentée grâce aux erreurs globales des problèmes direct et adjoint. Cette représentation de l'erreur est majorée par la somme des indicateurs d'erreurs élémentaires. Ces derniers sont alors utilisés pour produire des raffinements de maillage optimaux. Dans ces travaux, nous proposons de représenter l’erreur du problème adjoint via un opérateur alternatif. L’avantage principal de notre approche est que lorsque l'on choisit correctement l'opérateur alternatif, la majoration correspondante de l'erreur à la quantité d'intérêt devient plus précise, pour autant l'adaptabilité issue de l'utilisation de ces nouveaux indicateurs s'en trouve améliorée. Ces représentations peuvent être employées pour concevoir des algorithmes adaptatifs en espace (h), en ordre d’approximation (p) ou les deux (hp), basés sur la norme d’énergie ou bien ciblés sur une quantité d'intérêt. Bien que la méthode puisse être appliquée à une large gamme de problèmes, nous nous concentrons tout d’abord sur des problèmes unidimensionnels (1D), comme le problème d’Helmholtz et le problème de convection-diffusion stationnaire à convection dominante. Les résultats numériques en 1D montrent que, pour les problèmes de propagation d'ondes, les avantages de notre méthode sont notoires lorsque l'on considère l'opérateur de Laplace pour la représentation de l'erreur. Plus précisément, les majorations issues de la nouvelle représentation sont plus précises que celles provenant de la méthode classique et ce si l'on considère l'énergie globale ou bien une quantité d'intérêt particulière. Le phénomène est d’autant plus notable lorsque l'erreur de dispersion (pollution) est significative. Le problème 1D de convection-diffusion stationnaire à convection dominante avec des conditions limites de Dirichlet homogènes présente une couche limite qui produit une perte de stabilité numérique. La nouvelle représentation d'erreur délivre des majorations plus précises. Lorsqu’appliquée à une p-adaptabilité ciblée, la représentation d'erreur alternative permet une capture plus efficace la couche limite, malgré les oscillations numériques parasites existantes. Devant ces résultats encourageants, nous nous penchons sur l'équation d'Helmholtz à deux et trois dimensions (2D et 3D). Nous montrons, au travers de multiples simulations numériques, que les majorations fournies par les représentations d'erreur alternatives sont plus précises que celle de la représentation classique. Lorsque l'on utilise les indicateurs d'erreur alternatifs, un processus naïf de p-adaptabilité ciblée converge, tandis que dans les mêmes conditions, la méthode classique échoue et requiert l'utilisation d'un opérateur de projection ou d'autre techniques pour récupérer la convergence. Dans ce travail, nous fournissons également des directives pour déterminer les opérateurs qui fournissent des représentations d’erreur induisant de majorations précises. Des résultats similaires sont aussi établis tant pour un problème 2D de convection-diffusion stationnaire à convection dominante que pour des problèmes 2D ayant des coefficients de matériaux discontinus. Nous considérons un problème de diagraphie ultra-sonique en cours de forage pour illustrer l'applicabilité de la méthode proposée. / In Goal-Oriented Adaptivity (GOA), the error in a Quantity of Interest (QoI) is represented using global error functions of the direct and adjoint problems. This error representation is subsequently bounded above by element-wise error indicators that are used to drive optimal refinements. In this work, we propose to replace, in the error representation, the adjoint problem by an alternative operator. The main advantage of the proposed approach is that, when judiciously selecting such alternative operator, the corresponding upper bound of the error representation becomes sharper, leading to a more efficient GOA. These representations can be employed to design novel h, p, and hp energy-norm and goal-oriented adaptive algorithms. While the method can be applied to a variety of problems, in this Dissertation we first focus on one-dimensional (1D) problems, including Helmholtz and steady state convection-dominated diffusion problems. Numerical results in 1D show that for the Helmholtz problem, it is advantageous to select the Laplace operator for the alternative error representation. Specifically, the upper bounds of the new error representation are sharper than the classical ones used in both energy-norm and goal-oriented adaptive methods, especially when the dispersion (pollution) error is significant. The 1D steady state convection-dominated diffusion problem with homogeneous Dirichlet boundary conditions exhibits a boundary layer that produces a loss of numerical stability. The new error representation based on the Laplace operator delivers sharper error upper bounds. When applied to a p-GOA, the alternative error representation captures earlier the boundary layer, despite the existing spurious numerical oscillations. We then focus on the two- and three-dimensional (2D and 3D) Helmholtz equation. We show via extensive numerical experimentation that the upper bounds provided by the alternative error representations are sharper than the classical ones. When using the alternative error indicators, a naive p-adaptive process converges, whereas under the same conditions, the classical method fails and requires the use of the so-called Projection Based Interpolation (PBI) operator or some other technique to regain convergence. We also provide guidelines for finding operators delivering sharp error representation upper bounds. / En un contexto de adaptatividad orientada a un objetivo, el error en una cantidad de interés está representado a través de los errores globales de los problemas directo y adjunto. Esta representación del error se acota superiormente por una suma de indicadores de error de cada elemento. Estos se utilizan para producir refinamientos óptimos. En este trabajo, proponemos representar el error del problema adjunto utilizando un operador alternativo. La principal ventaja de nuestro enfoque es que cuando se elige correctamente dicho operador alternativo, la correspondiente cota superior se vuelve más cercana al error en la cantidad de interés, lo que permite una adaptatividad más eficiente. Estas representaciones pueden ser utilizadas para diseñar algoritmos adaptativos en h, p o hp, basados en la norma de la energía o para aproximar una cantidad de interés específica. Aunque el método propuesto se puede aplicar a una amplia gama de problemas, en esta tesis doctoral nos centramos primero en problemas unidimensionales (1D), tales como el problema de Helmholtz y el problema estacionario de convección-difusión con convección dominante. Los resultados numéricos en 1D muestran que, para los problemas de propagación de ondas, las ventajas de este método son notorias cuando se considera el operador de Laplace para la representación del error. Específicamente, las cotas superiores derivadas de la nueva representación son más cercanas a la cantidad de interés que las del método convencional. Esto es cierto tanto para la norma de la energía global como para una cantidad de interés particular, especialmente cuando el error de dispersión es significativo. El problema estacionario 1D de convección-difusión con convección dominante y con condiciones de Dirichlet homogéneas tiene una capa límite que produce una pérdida de estabilidad numérica. La nueva representación del error proporciona cotas superiores más cercanas a la cantidad de interés. Cuando se aplica a un algoritmo adaptativo en p orientado a un objetivo, la representación alternativa del error captura antes la capa límite, a pesar de las existentes oscilaciones numéricas no físicas. En esta tesis doctoral, también nos centramos en la ecuación de Helmholtz en dos y tres dimensiones (2D y 3D). Mostramos a través de múltiples experimentos numéricos que las cotas superiores proporcionadas por las representaciones alternativas del error son más cercanas a la cantidad de interés que cuando uno considera la representación clásica. Al utilizar los indicadores alternativos del error, un algoritmo adaptativo en p sencillo converge, mientras que en las mismas condiciones, el método convencional falla y requiere el uso de operadores de proyección o de otras técnicas para recuperar la convergencia. En este trabajo, también determinamos operadores que proporcionan representaciones del error que inducen cotas superiores más ajustadas. Establecemos resultados similares tanto para el problema estacionario de convección-difusión con convección dominante en 2D como para problemas 2D con materiales discontinuos. Finalmente, se considera un problema sónico en pozos petrolíferos para ilustrar la aplicabilidad del método propuesto.

Die Zugriffslokalität referenzierter Daten ist eine wichtige Eigenschaft verteilter Anwendungen. Lokales Zwischenspeichern abgefragter entfernter Daten (Caching) wird vielfach bei der Entwicklung solcher Anwendungen eingesetzt, um diese Eigenschaft auszunutzen. Anschliessende Zugriffe auf diese Daten können so beschleunigt werden, indem sie aus dem lokalen Zwischenspeicher bedient werden. Gegenwärtige Middleware-Architekturen bieten dem Anwendungsprogrammierer jedoch kaum Unterstützung für diesen nicht-funktionalen Aspekt. Die vorliegende Arbeit versucht deshalb, Caching als separaten, konfigurierbaren Middleware-Dienst auszulagern. Durch die Einbindung in den Softwareentwicklungsprozess wird die frühzeitige Modellierung und spätere Wiederverwendung caching-spezifischer Metadaten gewährleistet. Zur Laufzeit kann sich das entwickelte System außerdem bezüglich der Cachebarkeit von Daten adaptiv an geändertes Nutzungsverhalten anpassen. / Locality of reference is an important property of distributed applications. Caching is typically employed during the development of such applications to exploit this property by locally storing queried data: Subsequent accesses can be accelerated by serving their results immediately form the local store. Current middleware architectures however hardly support this non-functional aspect. The thesis at hand thus tries outsource caching as a separate, configurable middleware service. Integration into the software development lifecycle provides for early capturing, modeling, and later reuse of cachingrelated metadata. At runtime, the implemented system can adapt to caching access characteristics with respect to data cacheability properties, thus healing misconfigurations and optimizing itself to an appropriate configuration. Speculative prefetching of data probably queried in the immediate future complements the presented approach.

Das stetig wachsende Datenaufkommen - die weltweite Datenmenge verdoppelt sich alle zwei Jahre - ist eine wesentliche Herausforderung für den Menschen in allen Bereichen des beruflichen und privaten Alltags. Um trotzdem relevante Informationen zu identifizieren und auch zu verstehen, nehmen Techniken und Anwendungen zur InfoVis einen immer größeren Stellenwert ein. Leider hat sich die Vision der "InfoVis for and by the masses" aufgrund des notwendigen Daten-, Visualisierungs- und Programmierwissens noch nicht durchgesetzt. Zudem sind heutige InfoVis-Softwareanbieter mit dem Problem konfrontiert, verschiedenste Kontexte, wie Nutzergruppen oder Hard- und Softwareplattformen, unterstützen zu müssen. Ein möglicher Lösungsansatz für dieses Problem ist das Paradigma der kompositen Webanwendungen. Auf deren Basis können Daten und UI-Widgets je nach Anwendungsfall teils automatisch kombiniert werden. Dies erhöht die Wiederverwendbarkeit und spart Zeit sowie Entwicklungskosten. Unter Zuhilfenahme von (semantischen) Modellen ist es zudem möglich, eine komposite RIA an die vorliegende Situation zu adaptieren. Um dem Endanwender Zugang zu den kompositen RIA zu verschaffen, mangelt es jedoch an einem Integrationsprozess, der den speziellen Anforderungen der InfoVis gerecht wird. Diese Dissertation stellt deshalb neue Konzepte für einen ganzheitlichen Semantik-gestützten InfoVis-Prozess vor, der bspw. die Endnutzer-gerechte Filterung großer Datensätze, die kontextsensitive Auswahl von InfoVis-Komponenten, die Nutzerunterstützung bei der Exploration und Interpretation der Daten sowie die Gewinnung und Wiederverwendung von Visualisierungswissen adressiert. Zur Unterstützung des InfoVis-Prozesses werden weiterhin Konzepte für eine formale Wissensbasis mit Domänenwissen vorgeschlagen. Die modulare, mit W3C-Standards prototypisch realisierte Visualisierungsontologie definiert u.a. Konzepte und Relationen zu Daten, graphischen Vokabular, menschlicher Aktivität sowie veränderliches Faktenwissen. Ein weiterer, wesentlicher Beitrag der Arbeit liegt in der Architekturkonzeption für modellbasierte, komposite RIA für die InfoVis-Domäne, womit ein neues Anwendungsfeld des Software-Paradigmas erschlossen wird. Damit steht nun erstmals für eine komposite, webbasierte InfoVis-Lösung ein ganzheitliches Architekturkonzept zur Verfügung, das die Ausführbarkeit der Anwendungen in der heute existierenden, heterogenen Landschaft der (mobilen) Endgeräte gewährleisten kann. Durch die Implementierung entscheidender Architekturkonzepte sowie einer beispielhaften InfoVis-Anwendung für semantische Daten wurde die Tragfähigkeit der geschaffenen Konzepte nachgewiesen. Anhand einer Vielzahl von formativen sowie einer summativen Nutzerstudien konnte validiert werden, dass sich aus den neuen Konzepten Vorteile für den Endanwender bei der Erstellung einer InfoVis ergeben.

Abstract Communication networks are experiencing a significant growth of data traffic posing new challenges to the overall systems that should become more reactive and adaptive towards dynamically changing traffic, connections and network conditions. This thesis examines adaptive traffic management solutions within heterogeneous communication networks, which can be utilized to improve network performance, provide Quality of Service (QoS) for traffic paths and share resources in a fair way. The developed adaptive methods include solutions for fuzzy flow scheduling (AWFQ, FWQ) and regressive admission control (REAC) to provide stable network performance and efficient resource control. Such techniques for adaptive traffic management continuously balance and control traffic usage and recover from network faults and attacks. The results utilize traffic monitoring for estimating the overall network conditions, applying cognition to learn from previous actions, and adapting to the current traffic conditions for resource optimization. The thesis researches how to distribute these computing mechanisms towards network edges closer to the actual application users for more efficient resource usage, and to provide better performance for delay-sensitive applications. The methods developed have been applied to vehicular communications to assess and improve the messaging between vehicles and vulnerable road users (VRUs). These mechanisms are able to react faster to data traffic changes and guarantee better quality for prioritized traffic and users while at the same time they preserve fairness to other flows compared to traditional control and scheduling methods without adaptive characteristics. The overall system reacts to changes in the network QoS by determining decision-making procedures on possible flow rejection, marking, or allowed bandwidth weight assignment, thus bringing cognition to the network path. / Tiivistelmä Merkittävä liikennemäärien kasvu aiheuttaa tietoverkoille uusia haasteita, minkä vuoksi niiden täytyy tukea reaktiivisuutta ja adaptiivisuutta vastatakseen muuttuviin liikenne- sekä verkko-olosuhteisiin että yhteyksiin. Väitöskirjassa kehitetään heterogeenisten tietoverkkojen adaptiivisia liikenteenhallintaratkaisuja, joita voidaan hyödyntää verkon suorituskyvyn parantamiseen, tarjoamaan liikenteen palvelunlaatua (QoS) sekä tasapuolista resurssien jakoa. Kehitetyt adaptiiviset menetelmät sisältävät ratkaisuja sumeaan logiikkaan perustuvaan skedulointiin sekä regressiiviseen verkon pääsynhallintaan pohjautuen, jotka takaavat vakaamman verkon suorituskyvyn ja resurssien hallinnan. Nämä menetelmät tasapainottavat ja kontrolloivat liikennettä sekä pyrkivät palautumaan verkon häiriöistä ja hyökkäyksistä. Tulokset hyödyntävät liikenteen monitorointia verkon tilan arviointiin, soveltavat kognitiivisuutta oppiakseen aiemmista toiminnoista sekä adaptoituvat nykytilanteeseen resurssien optimoimiseksi. Väitöskirja tutkii, miten kyseisiä laskentamenetelmiä voidaan hajauttaa verkon reunoille lähemmäksi sovellusten käyttäjiä resurssien käytön tehostamiseksi sekä tarjoamaan parempaa suorituskykyä viiveherkille sovelluksille. Kehitettyjä menetelmiä sovelletaan autoverkkoihin autojen sekä suojattomien tienkäyttäjien viestinnän määrittämiseen sekä parantamiseen. Nämä menetelmät reagoivat nopeammin dataliikenteen muutoksiin, takaavat paremman laadun priorisoidulle liikenteelle sekä samalla tasapuolisuutta muulle liikenteelle verrattuna perinteisiin kontrollointi- ja skedulointimenetelmiin. Kehitetty järjestelmä reagoi verkon palvelunlaadun muutoksiin määrittelemällä päätöksentekomalleja mahdolliseen tietovuon hylkäämiseen, merkitsemiseen tai kaistankäytön painokertoimen määrittämiseen, täten luoden kognitiivisuutta verkon reitille.

Micromagnetics is a continuum mechanics theory of magnetic materials widely used in industry and academia. In this thesis we describe a complete numerical method, with a number of novel components, for the computational solution of dynamic micromagnetic problems by solving the Landau-Lifshitz-Gilbert (LLG) equation. In particular we focus on the use of the implicit midpoint rule (IMR), a time integration scheme which conserves several important properties of the LLG equation. We use the finite element method for spatial discretisation, and use nodal quadrature schemes to retain the conservation properties of IMR despite the weak-form approach. We introduce a novel, generally-applicable adaptive time step selection algorithm for the IMR. The resulting scheme selects error-appropriate time steps for a variety of problems, including the semi-discretised LLG equation. We also show that it retains the conservation properties of the fixed step IMR for the LLG equation. We demonstrate how hybrid FEM/BEM magnetostatic calculations can be coupled to the LLG equation in a monolithic manner. This allows the coupled solver to maintain all properties of the standard time integration scheme, in particular stability properties and the energy conservation property of IMR. We also develop a preconditioned Krylov solver for the coupled system which can efficiently solve the monolithic system provided that an effective preconditioner for the LLG sub-problem is available. Finally we investigate the effect of the spatial discretisation on the comparative effectiveness of implicit and explicit time integration schemes (i.e. the stiffness). We find that explicit methods are more efficient for simple problems, but for the fine spatial discretisations required in a number of more complex cases implicit schemes become orders of magnitude more efficient.

The diploma thesis deals with an orientation mechanism of industrial robots for mounting of pivots and screws into the mounting holes. In the first phase there is a research of inventions mainly realized in the United States Patent and Trademark Office database. Subsequently the conditions of the assembly are solved. On the base of the conditions the functional requirements are described. The diploma thesis includes seven conceptual variants, which are proposed as a 3D design. Using the basical multi-criteria method the best conceptual variant is specified. That is specified due to the accepted criterias. In the next part of the diploma thesis there is a calculation, that comprises this technically and economically most promising conceptual variant. The calculation consists of a statics, a kinematics and a dynamics of the propel, a stenght control of the mechanism and kinematics analysis of the whole mechanism. Results of the calculation are used by the detailed design of orientation mechanism, that also comprises technological production theory and a correct assembly. Economical analysis, which comprises cost of produce of this newly developed automation equipment, is worked up in the conclusion of the diploma thesis. The diploma thesis also comprises drawings. The variant solves a new conception, which can be patented as an utility model.