In dieser Arbeit werden die dynamischen Strukturen und Mannigfaltigkeiten in geschlossenen chaotischen Systemen untersucht. Das Wissen um diese dynamischen Strukturen (und Mannigfaltigkeiten) ist von Bedeutung, da sie uns einen ersten Überblick über die Dynamik des Systems geben, dass heisst, mit ihrer Hilfe sind wir in der Lage, das System zu charakterisieren und eventuell sogar seine Dynamik vorherzusagen. Die Visualisierung der dynamischen Strukturen, speziell in geschlossenen chaotischen Systemen, ist ein schwieriger und oft langer Prozess. Hier werden wir die sogenannte 'Leaking-Methode' (an Beispielen einfacher mathematischer Modelle wie der Bäcker- oder der Sinus Abbildung) vorstellen, mit deren Hilfe wir die Möglichkeit haben, Teile der Mannigfaltigkeiten des chaotischen Sattels des Systems zu visualisieren. Vergleiche zwischen den gewonnenen Strukturen und Strukturen die durch chemische oder biologische Reaktionen hervorgerufen werden, werden anhand eines kinematischen Modells des Golfstroms durchgeführt. Es wird gezeigt, dass mittels der Leaking-Methode dynamische Strukturen auch in Umweltsystemen sichtbar gemacht werden können. Am Beispiel eines realistischen Modells des Mittelmeeres erweitern wir die Leaking-Methode zur sogenannten 'Exchange-Methode'. Diese erlaubt es den Transport zwischen zwei Regionen zu charakterisieren, die Transport-Routen und Austausch-Bassins sichtbar zu machen und die Austausch-Zeiten zu berechnen. Austausch-Bassins und Zeiten werden für die nördliche und südliche Region des westlichen Mittelmeeres präsentiert. Weiterhin werden Mischungseigenschaften im Erdmantel charakterisiert und die geometrischen Eigenschaften von Mannigfaltigkeiten in einem 3dimensionalen mathematischen Modell (ABC-Abbildung) untersucht. / In this thesis, dynamical structures and manifolds in closed chaotic flows will be investigated. The knowledge about the dynamical structures (and manifolds) of a system is of importance, since they provide us first information about the dynamics of the system - means, with their help we are able to characterize the flow and maybe even to forecast it`s dynamics. The visualization of such structures in closed chaotic flows is a difficult and often long-lasting process. Here, the so-called 'Leaking-method' will be introduced, in examples of simple mathematical maps as the baker- or sine-map, with which we are able to visualize subsets of the manifolds of the system`s chaotic saddle. Comparisons between the visualized manifolds and structures traced out by chemical or biological reactions superimposed on the same flow will be done in the example of a kinematic model of the Gulf Stream. It will be shown that with the help of the leaking method dynamical structures can be also visualized in environmental systems. In the example of a realistic model of the Mediterranean Sea, the leaking method will be extended to the 'exchange-method'. The exchange method allows us to characterize transport between two regions, to visualize transport routes and their exchange sets and to calculate the exchange times. Exchange times and sets will be shown and calculated for a northern and southern region in the western basin of the Mediterranean Sea. Furthermore, mixing properties in the Earth mantle will be characterized and geometrical properties of manifolds in a 3dimensional mathematical model (ABC map) will be investigated.

CE MEMOIRE EST COMPOSE DE TROIS CHAPITRES. LE PREMIER POSE LE PROBLEME DE LA SPECIFICATION DES SYSTEMES DE COMMANDE COMPLEXES FORMES D'UN ENSEMBLE D'AUTOMATISMES COMMUNICANTS. APRES AVOIR INTRODUIT LES RESEAUX DE PETRI EN TANT QU'OUTIL FORMEL POUR LA SPECIFICATION, IL EST MONTRE QUE CET OUTIL N'EST PAS CONTRADICTOIRE AVEC UNE APPROCHE STRUCTUREE. QUELQUES REGLES DE STRUCTURATION SONT PROPOSEES. CETTE DEMARCHE EST ILLUSTREE PAR UN EXEMPLE CONCRET. LE SECOND CHAPITRE MONTRE COMMENT UNE SPECIFICATION STRUCTUREE PEUT ETRE VALIDEE. LE TROISIEME CHAPITRE PROPOSE UN LANGAGE DE SPECIFICATION ADAPTE A LA DESCRIPTION STRUCTUREE D'AUTOMATISMES INTERCONNECTES. CE LANGAGE EST FONDE SUR L'UTILISATION DES RESEAUX DE PETRI. UN LOGICIEL D'ANALYSE SYNTAXIQUE ET SEMANTIQUE A ETE DEVELOPPE SUR MICROCALCULATEUR EN LANGAGE PASCAL. CE LOGICIEL TRADUIT LA SPECIFICATION EN TABLES ET EST CONCU DE FACON A PERMETTRE LE TELECHARGEMENT D'AUTOMATES PROGRAMMABLES SPECIALISES

In algorithmic computing, the program follows a predefined set of rules – the algorithm. The analyst/designer of the program analyzes the intended tasks of the program, defines the rules for its expected behaviour and programs the implementation. The creators of algorithmic software must therefore foresee, identify and implement all possible cases for its behaviour in the future application! However, what if the problem is not fully defined? Or the environment is uncertain? What if situations are too complex to be predicted? Or the environment is changing dynamically? In many such cases algorithmic computing fails. In such situations, the software needs an additional degree of freedom: Autonomy! Autonomy allows software to adapt to partially defined problems, to uncertain or dynamically changing environments and to situations that are too complex to be predicted. As more and more applications – such as autonomous cars and planes, adaptive power grid management, survivable networks, and many more – fall into this category, a gradual switch from algorithmic computing to autonomic computing takes place. Autonomic computing has become an important software engineering discipline with a rich literature, an active research community, and a growing number of applications.

Die Common Object Request Broker Architecture (CORBA) der Object Management Group (OMG) bietet die Chance, nicht nur eine Plattform fuer neue verteilte Anwendungen zu sein, sondern erlaubt es auch, bestehende Anwendungen und Altsoftware hersteller- und systemuebergreifend zu integrieren. Diese Eigenschaft hebt CORBA von anderen Programmierplattformen ab und gibt CORBA das Potential, eine aussichtsreiche Basis fuer kuenftige Anwendungssysteme zu sein. Das Ziel dieser Studienarbeit besteht darin, die Umsetzbarkeit verschiedener Interaktionsarten in CORBA zu untersuchen und an Beispielen praktisch auszuprobieren. Moegliche Ablaufformen aus der Literatur, aus den Systemen DCE und MPI und anhand eigener Ueberlegungen werden im ersten Teil dieser Arbeit systematisch zusammengefasst. Danach folgt eine ausfuerliche Behandlung der Architektur von CORBA und der hier moeglichen Ablaufformen und Interaktionsszenarien. Abschliessend werden acht verschiedene Versionen eines einfachen verteilten Woerterbuches vorgestellt, um einige der in CORBA realisierten Konzepte am praktischen Beispiel zu verdeutlichen. Als CORBA-Plattform stand Orbix-MT 2.0.1 (multi-threaded) der Firma IONA Technologies Ltd. unter Solaris 2.x zur Verfuegung.

No description available.

No description available.

Die jedes Frühjahr stattfindende »Dresdner Arbeitstagung Schaltungs- und Systementwurf« wird traditionell vom Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen, Institutsteil Entwurfsautomatisierung (EAS) und vom Sächsischen Arbeitskreis Informationstechnik des VDE Bezirksvereins Dresden ausgerichtet. Die Arbeitstagung hat bereits eine über 30-jährige Tradition und wird von Wissenschaftlern aus Forschungsinstituten und Ingenieuren aus der Industrie für einen regen fachlichen Austausch genutzt. Gegenstand der Tagung sind aktuelle Ergebnisse und neue Erkenntnisse aus Forschung und Entwicklung sowie Erfahrungsberichte und Problemdiskussionen auf dem Gebiet des Entwurfs analoger, digitaler und hybrider Systeme. Das Tagungsprogramm bietet den Teilnehmern wieder interessante Beiträge über neue Lösungen zum Entwurf komplexer Schaltungen und Systeme, die auch Themen wie Rekonfigurierbarkeit, Architekturen, Performance, Hardware-Software, Test und Optimierung behandeln. Begleitend zur Tagung wird von der Firma Mentor Graphics ein Workshop zum Thema »Advanced Verification Methodology« angeboten. Hier werden an einem Beispiel die Vorteile der zukünftigen Design Verifikation mit System Verilog und Assertions erläutert. Der vorliegende Tagungsband enthält die Langfassungen der Beiträge, für deren Form und Inhalt die Autoren verantwortlich sind. Als Veranstalter bedanken wir uns bei den Autoren für die Bereitstellung dieser Beiträge, die als Grundlage für die fachlichen Diskussionen dienen, und bei den Teilnehmern für ihr Interesse an unserer Arbeitstagung.

Cyber-physikalische Systeme (CPS) sind eine erweitere Sicht auf eingebettete Systeme, die die konkreten umgebenden Elemente in das Systemdesign einbeziehen. Das Design solcher Systeme erfordert neue Herangehensweisen: Während beispielsweise in "normalen" verteilten Systemen Aspekte wie "Bewegung" oder "Ort" möglichst transparent und damit für den Nutzer unsichtbar gestaltet werden, benötigen CPS-Anwendungen häufig Bewusstsein für Bewegung oder Ort, d.h., sie sind _motion aware_ oder _location aware_. Die Professur "Betriebssysteme" der TUC hat sich die Frage gestellt, wie eine generische Unterstützung für solche verteilte mobile Systeme aussehen könnte. Im Vortrag werden Probleme, Konzepte und erste Lösungsansätze für ein künftiges Betriebssystem für diese Art von Systemen vorgestellt.

Die Arbeit adressiert die empirisch beobachtete Fehleranfälligkeit einer populären Teilmenge modellgetriebener Decision Support Systeme (MDSS), die mit Spreadsheet-Werkzeugen erstellt werden. Der Fokus liegt bei diesen DSS auf der logischen Formulierung realer Zusammenhänge im multidimensionalen Kontext. Analysen einer empirisch belegten Fehlerrate weisen auf proprietäre, oft wenig intuitive Modellierungssprachen der am Markt befindlichen Produkte hin, die eine unnatürliche, fehleranfällige Modellierung provozieren. In Analogie zu den positiven Erfahrungen einer konzeptuellen Datenmodellierung schlägt die vorliegende Arbeit eine konzeptuelle Modellierungsebene vor, um diesem Problem zu begegnen. Eine Untersuchung vorhandener konzeptueller Modellierungsansätze kommt zu dem Ergebnis, dass bei der Konstruktion der konzeptuellen Modellierungsebene für MDSS eine Erweiterung oder Änderung eines bestehenden konzeptuellen Modellierungsansatzes nicht in Betracht gezogen werden kann. Basierend auf diesen Erkenntnissen wird eine konzeptuelle Modellierungsebene entwickelt, welche aus den drei Phasen Modellkonfiguration, Modelltransformation und Modellkompilierung besteht. In der Konfigurationsphase werden sämtliche Modellelemente (Dimensionen, Dimensionsausprägungen, Gruppen und Formeln) definiert und die Überlagerung von (vektoriellen) Formeln innerhalb des Modells bewusst zugelassen. Die Transformationsphase stellt die Konsistenz der modellierten Strukturen in Bezug auf deren Eindeutigkeit sicher, indem sämtliche Überschneidungen von Formeln innerhalb von Modellzellen in einem systemunterstützten Benutzerdialog beseitigt werden. Im dritten Teil des Konzepts, der Kompilierungsphase, werden die überschneidungsfreien, konzeptuellen Modelle in proprietäre Modellinstanzen übersetzt, sodass sie in Anwendungssystemen für Analysen verwendet werden können. Die prototypische Implementierung erfolgt anhand eines Modellierungseditors (Java) zur Umsetzung der Konzeptphase Modellkonfiguration. Modelltransformation und –kompilierung werden auf Basis von Microsoft Excel und VBA Programmen prototypisch umgesetzt. Abschließend kann mittels einer Evaluation auf positive Effekte des erarbeiteten Konzepts für die Qualität modellgetriebener Decision Support Systeme geschlossen werden.

Einfache oder komplexe dynamische Systeme stellen Individuen und Gesellschaften gleichermaßen vor mitunter große Herausforderungen, wie regionale und globale Krisen immer wieder zeigen. Ein basales und allgemeines Verständnis dynamischer Zusammenhänge scheint daher nicht nur wünschenswert, sondern mit Blick auf ausgewählte aktuelle Krisen sogar notwendiger denn je. Doch auch in alltäglichen Situationen oder im Schulkontext kann ein fundamentales Verständnis dynamischer Systeme die individuellen Entscheidungen oder den mathematischen Erkenntnisgewinn unterstützen. Allerdings zeigt eine breite Basis empirischer Befunde, dass bereits relativ einfache Dynamiken, wie Fluss-Bestands-Systeme (FB-Systeme), nur unzureichend erfasst zu werden scheinen. Diese Dissertationsschrift verfolgt daher die generelle Fragestellung, wie sich ein basales Verständnis formal einfacher FB-Systeme fördern oder generieren lassen könnte. Aufgrund einer bislang fehlenden einheitlichen theoretischen Beschreibung des FB-Verständnisses und dessen Einflussfaktoren basiert die vorgestellte Untersuchungsserie einerseits auf drei ausgewählten generellen theoretischen Perspektiven und daraus abgeleiteten Einflussfaktoren. Zusätzlich wurden einzelne weitere theoretische Modelle und eine Vielzahl spezifischer empirischer Befunde, zur Wirksamkeit verschiedener Präsentationsformate auf kognitive Fähigkeiten, für die Begründung der experimentellen Manipulationen herangezogen. In einer Serie von sieben experimentellen Untersuchungen wurden diverse Möglichkeiten grafischer Darstellungen, isoliert und in Wechselwirkung mit verschiedenen Personenmerkmalen, empirisch bezüglich ihres Einflusses auf das basale Verständnis illustrierter FB-Systeme überprüft. Unter Anwendung geltender wissenschaftlicher Standards und durch Nutzung moderner inferenzstatistischer Verfahren erlauben die gewonnen Ergebnisse eine fundierte Beurteilung der untersuchten Einflussfaktoren. Organisiert in drei Teilen, konnten in einer Folge von einfachen statischen Abbildungen, über passive dynamische Repräsentationen, bis hin zu interaktiven animierten Interventionsformaten, zahlreiche Illustrationsvarianten in ihrer Wirkung auf ein basales FB-Verständnis beurteilt werden. In den Experimenten 1 bis 3 wurden zunächst ausgewählte statische Darstellungsformate, spezifische Kontexteinbettungen und adaptierte Instruktionsansätze überprüft. Dabei zeigte sich keiner der manipulierten Darstellungsaspekte als genereller Wirkfaktor auf das basale FB-Verständnis. Weder kombinierte oder angepasste Diagrammdarstellungen, noch Zusatzinformationen oder überlebensrelevante Kontexteinbettungen führten zu den erwarteten Verbesserungen des FB-Verständnisses. Selbst, auf etablierten pädagogischen Interventionen basierende Instruktionsformen zeigten keinen systematischen Einfluss auf die Lösungsraten von FB-Aufgaben. In den anschließenden Experimenten 4 bis 6 konnten unter passiven dynamischen Darstellungen – rezipierende Animationen ohne Eingriffsmöglichkeiten – gleichfalls keine generell wirksamen Formate identifiziert werden. Ob fließend oder segmentiert, einmalig oder repetitiv, einzeln oder kombiniert: Keine der untersuchten passiven Animationsarten schlug sich in verbesserten Lösungsraten nieder. Im letzten Teil der Dissertation wurden schließlich interaktiv dynamische Formate am Beispiel von eigens konzipierten computerspielbasierten Lerninterventionen empirisch untersucht. Erneut zeigten sich keine Haupteffekte für die Attribute dieser Art der Informationsvermittlung. Einerseits bieten die gewonnenen Daten insgesamt keine konkreten Hinweise darauf, welche Formate generell geeignet sein könnten, FB-Zusammenhänge verständlich zu kommunizieren. Andererseits ließen sich wiederholt relevante Individualfaktoren identifizieren, die, spezifisch und in Wechselwirkungen mit den Repräsentationsformaten, das Ausmaß des individuellen FB-Verständnisses substanziell zu beeinflussen scheinen. Bereits in den ersten Experimenten traten spezifische Personenmerkmale hervor, die sich über die gesamte Untersuchungsserie hinweg als eigenständige Determinanten prädiktiv für das FB-Verständnis zeigten. Das Geschlecht (wobei Männer im Mittel ein besseres FB-Verständnis zeigten) und die mathematischen Fähigkeiten der Versuchspersonen bestimmen offenbar das Verständnis einfacher dynamischer Systeme deutlich stärker, als jedes der manipulierten Darstellungsformate. Gleichfalls scheinen sie für alle untersuchten Varianten der Repräsentationsformate vergleichbar und unabhängig voneinander relevant zu sein – wie statistische Kontrollmaßnahmen zeigen konnten. Vereinzelt, aber weniger stringent, konnten ebenfalls prädiktive Einflüsse motivationaler und kognitiver Faktoren, wie räumliche Intelligenz, beobachtet werden. Einige dieser Personenmerkmale traten wiederholt, wenn auch ohne erkennbare Systematik, in Wechselwirkung mit den experimentellen Darstellungsvarianten in Erscheinung. In Abhängigkeit von bestimmten Personenmerkmalen wirkten sich demnach einige der untersuchten Darstellungsformen unterschiedlich auf die Leistung in FB-Aufgaben aus. Insbesondere für animierte Präsentationsformate zeigten sich dabei Interaktionseffekte mit dem Geschlecht, wonach Männer und Frauen offenbar von verschiedenen Illustrationsarten profitieren. In nahezu allen Experimenten der Teile II und III konnte ein derartiger Geschlechter-Darstellungsformat-Interaktionseffekt beobachtet werden. Weitaus seltener zeigten sich hingegen Moderatoreffekte von motivationalen oder kognitiven Faktoren. Obwohl die mathematischen Fähigkeiten über alle Experimente hinweg als substanzieller Prädiktor des FB-Verständnisses in Erscheinung traten, fanden sich überdies durchgängig keine Anzeichen für dementsprechende Interaktionseffekte. Darüber hinaus boten explorative Vergleiche zwischen den verschiedenen Experimenten weitere interessante Hinweise auf die Hintergründe des generell relativ schwach ausgeprägten basalen FB-Verständnisses. Da Experiment 6 in Kooperation mit der Pädagogischen Hochschule Heidelberg durchgeführt werden konnte, ließen sich mathematisch sehr gut vorgebildete Versuchspersonen für die Teilnahme gewinnen. Diese zeigten, im Vergleich zu den Kohorten der vorangegangenen Experimente, ein sehr hohes Verständnis der illustrierten FB-Systeme. Dies unterstreicht, über die Bedeutung individueller mathematischer Fähigkeiten hinaus, dass ein gutes bis sehr gutes FB-Verständnis prinzipiell realisierbar ist. Weitere explorative Analysen deuten überdies auf eine besonders positive Wirkung passiver dynamischer Repräsentationen im Kontext der kreierten computerspielbasierten Interventionen. Die in Experiment 7 ursprünglich als Kontrollbedingung konzipierte Darstellungsvariante führte gegenüber einer vergleichbaren Stichprobe weiblicher Versuchsteilnehmer zu deutlich verbesserten Lösungsraten. Ergänzend zu vergleichenden Diskussionen der drei separaten Dissertationsteile folgt eine abschließende Generaldiskussion. Neben generellen Aspekten der Ergebnisse werden darin die zentralen Schlussfolgerungen und Erkenntnisse zusammengefasst. Die Erörterung potenzieller theoretischer und praktischer Implikationen sowie die Vorstellung spezifischer Anschlussfragestellungen und zukünftiger Forschungsanstrengungen bilden den Abschluss dieser Dissertationsschrift.