Throughout its empirical research history eye movement research has always been aware of the differences in reading behavior induced by individual differences and task demands. This work introduces a novel comprehensive concept of reading strategy, comprising individual differences in reading style and reading skill as well as reader goals. In a series of sentence reading experiments recording eye movements, the influence of reading strategies on reader- and word-level effects assuming distributed processing has been investigated. Results provide evidence for strategic, top-down influences on eye movement control that extend our understanding of eye guidance in reading. / Seit Beginn der Blickbewegungsforschung beim Lesen ist man sich über Unterschiede im Blickverhalten bewusst, die im Zusammenhang mit individuellen Unterschieden oder Aufgabenanforderungen stehen. Unter dem Begriff ‚Lesestrategie’ wurden diese Unterschiede hauptsächlich für diagnostische Zwecke verwendet. Diese Studie verwendet eine neue, umfassende Definition von Lesestrategie und berücksichtigt sowohl individuelle Unterschiede in Lesestil und Lesevermögen als auch Ziel und Intention des Lesers. In einer Reihe von Satzleseexperimenten, bei denen die Blickbewegungen aufgezeichnet wurden, wurde der Einfluss von Lesestrategien auf Effekte der Leser-und Wortebene untersucht, wobei eine verteilte Verarbeitung beim Lesen angenommen wird. Die Ergebnisse liefern Evidenzen für strategische, top-down Einflüsse auf die Blickbewegungen und leisten einen wichtigen Beitrag für das bessere Verständnis der Blickbewegungskontrolle beim Lesen.

In der vorliegenden Arbeit wird eine Datenstruktur zur Darstellung einer Booleschen Funktion "TVL-Tupel" präsentiert, die im Ergebnis einer Kombination der bekannten Datenstrukturen Entscheidungsgraph und Ternärvektorliste entsteht. Zuerst wird untersucht, wie lokale Phasenlisten sich als Elemente des Tupels eignen. Weiterhin wird die neue Dekompositionsart ("Tupel-Dekomposition") einer Boolesche Funktion in drei bzw. vier Teilfunktionen vorgestellt. Die Besonderheit der Teilfunktionen der Dekomposition besteht in ihrer Orthogonalität zueinander. Der Vorteil der Dekomposition von Funktionen mit einer hohen Anzahl von Konjunktionen besteht im geringeren Speicherplatzbedarf. Des weiteren wurden Algorithmen für Realisierung der Operationen entwickelt, die für eine Handhabung der zerlegten Funktionen erforderlich sind. Der detaillierte Vergleich der Berechnungszeiten für die Operationen erbringt den Nachweis, dass eine Verringerung des Zeitbedarfs als Folge der Zerlegung zu erwarten ist. Weiterhin bietet die Dekomposition einen Ansatz für den Entwurf von Algorithmen, die eine parallele Bearbeitung auf der Grundlage verteilter Rechentechnik zulassen. Die Erkenntnisse der Untersuchungen der Tupel-Dekomposition einschließlich der Verwendung der verteilen Verarbeitung können beispielsweise für die Suche der Variablenmengen der OR-Bi-Decomposition verwendet werden.

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.

Die wachsende Anzahl an Robotikanwendungen, in denen mehrere Roboter ein gemeinsames Ziel verfolgen, erfordert eine gesonderte Betrachtung der Interaktion zwischen diesen Robotern mit Bezug auf den damit entstehenden Datenaustausch. Dieser muss hierbei effizient betrieben werden und die Sicherheit des gesamt Systems gewährleisten. Diese Masterarbeit stellt eine Simulationsumgebung vor, welche anhand von Testszenarien und Austauschstrategien Roboterkonstellationen prüft und Messergebnisse ausliefert. Zu Beginn der Arbeit werden drei Datenaustauschverfahren betrachtet und anschließend Publikationen vorgestellt, in denen Datenaustausch betrieben wird und Simulatoren für die Nutzbarkeit der Simulationsumgebung untersucht. Die anschließenden Kapitel behandeln das Konzept und die Implementierung der Testumgebung erläutert, wobei Roboter aus einer Menge von Hardware Komponenten und Zielen beschrieben werden. Der Aufbau des Experiments umfasst die verschiedenen Umgebungen, Testszenarien und Roboterkonfiguration. Der Aufbau beschreibt die Grundlage für die Auswertung der Testergebnisse.

Self-adaptive software systems possess the ability to modify their own structure or behavior in response to changes in their operational environment. Access to sensor data providing information on the monitored environment is a necessary prerequisite in such software systems. In the future, self-adaptive software systems will be increasingly distributed and interconnected to perform their assigned tasks, e.g., within smart environments or as part of autonomous systems. Adaptations of the software systems\\\' structure or behavior will therefore have to be performed consistently on multiple remote subsystems. Current approaches, however, do not completely support the run-time adaptation of distributed and interconnected software systems. Supported adaptations are local to a specific device and do not require further coordination or the execution of such adaptations is controlled by a centralized management system. Approaches that support the decentralized adaptation process, help to determine a stable state, e.g., defined by quiescence, of one adaptable entity without central knowledge ahead of the actual adaptation process. The execution of complex adaptation scenarios comprising several adaptations on multiple computational devices is currently not supported. Consequently, inherent properties of a distributed system such as intermittent connectivity or local adaptation failures pose further challenges on the execution of adaptations affecting system parts deployed to multiple devices. Adaptation operations in the current research landscape cover different types of changes that can be performed upon a self-adaptive software system. Simple adaptations allow the modification of bindings between components or services as well as the removal or creation and integration of such components or services into the system. Semantically more expressive operations allow for the relocation of behavioral parts of the system. In this thesis, a coordination protocol is presented that supports the decentralized execution of multiple, possibly dependent adaptation operations and ensures a consistent transition of the software system from its source to a desired target configuration. An adaptation operation describes exactly one behavioral modification of the system, e.g., the addition or replacement of a component representing a behavioral element of the system\\\'s configuration. We rely on the notion of Roles as an abstraction to define the software system\\\'s static and dynamic, i.e., context-dependent, parts. Roles are an intuitive means to describe behavioral adaptations in distributed, context-dependent software systems due to their behavioral, relational and context-dependent nature. Adaptation operations therefore utilize the Role concept to describe the intended run-time modifications of the software system. The proposed protocol is designed to maintain a consistent transition of the software system from a given source to a target configuration in the presence of link failures between remote subsystems, i.e., messages used by the protocol to coordinate the adaptation process are lost on transmission, and in case of local failures during the adaptation process. The evaluation of our approach comprises two aspects: In one step, the correctness of the coordination protocol is formally validated using the model checking tool PRISM. The protocol is shown to be deadlock-free even in the presence of coordination message losses and local adaptation failures. In a second step, the approach is evaluated with the help of an emulated execution environment in which the degree of coordination message losses and adaptation failures is varied. The adaptation duration and the partial unavailability of the system, i.e., the time roles are passive due to ongoing adaptations, is measured as well as the success rate of the adaptation process for different rates of message losses and adaptation failures.

Monitoring information technology (IT) systems during operation is one of the few methods that help administrators track the health of the monitored system, predict and detect faults, and assist in system repair and error prevention. However, current implementations impose architectural and functional constraints on monitored systems that result in less flexibility in deployment and operation. While excellent monitoring systems exist for some use cases, others are not adequately supported, having no monitoring system available at all for very specific use cases. In addition, most monitoring software specializes in specific data formats, protocols, data collection mechanisms, etc., further limiting its flexibility. As a result, individuals and organizations struggle to find the right combination of features to support their monitoring needs in a single monitoring system, forcing them to use multiple monitoring systems instead in order to support all of their use cases. The role-based approach to software modeling and implementation promises an intuitive way to increase flexibility in modeling and implementing IT systems. In conjunction with technology from the field of self-adaptive systems, this thesis describes a framework for context-sensitive control loops with roles that can be used to overcome these limitations. We present a novel approach to building a flexible role-based monitoring system based on that framework. Our approach allows for context-specific implementation of monitoring capabilities to support a variety of application domains, while maintaining a derived architecture of well-defined roleplaying components that inherently support distribution and scalability. To this end, important background knowledge from the areas of self-adaptive systems, control loops, the role concept, as well as role-based modeling and implementation is first presented. In addition, important related work from the areas of flexible system design and monitoring systems is presented. Then, a framework for context-sensitive control loops with roles is introduced and applied to the monitoring application domain in modeling and implementation. Based on a common use case for monitoring systems (i.e., monitoring and autoscaling of a web service infrastructure), the resulting Role-based Monitoring Approach (RBMA) is compared to two state-of-the-art monitoring toolkits. This is followed by a qualitative and quantitative evaluation of RBMA, showing that it is more flexible and, at the same time, provides reasonable performance at no additional cost compared to the state-of-the-art tools. Finally, it is explained how this thesis’ contributions can be applied to another monitoring use case (i.e., network device monitoring) as well as to another application domain (i.e., embedded systems monitoring) and its extension (i.e., the Internet of Things domain). This thesis concludes with a summary of the contributions and a presentation of important topics for future work.:Preface iv Statement of Authorship . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . v Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vi Acknowledgements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vii Publications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . viii The RoSI Research Training Group . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . x 1 Introduction 1 1.1 Thesis Topic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2 Thesis Contributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.3 Research Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 Background 5 2.1 Principles of Self-adaptation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2.1.1 The MAPE-K Control Loop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.1.2 MAPE-K Patterns for Distributed Self-adaptive Systems . . . . . . 12 2.1.3 MAPE-K Control Loop in Monitoring Systems . . . . . . . . . . . 16 2.2 The Notion of Roles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2.3 The Compartment Role Object Meta-Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.4 The ObjectTeams Java Programming Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 2.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 3 Related Work 31 3.1 Design Patterns for Flexibility in Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 3.1.1 Strategy Pattern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 3.1.2 Template Method Pattern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 3.1.3 Using Delegation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 3.1.4 Role-object Pattern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 3.2 Classifying Flexibility in Monitoring Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 3.2.1 Criteria for Flexibility in Monitoring Systems . . . . . . . . . . . . 40 3.2.2 Classification of Flexibility in Monitoring Systems . . . . . . . . . 44 3.3 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 4 The Role-based Monitoring Approach 47 4.1 Framework and Model for Context-sensitive Control Loops with Roles . 48 4.2 Evaluation Scenario: Autoscaling of Web Service Infrastructures . . . . . 54 4.2.1 Version 1: Role-based Monitoring Approach . . . . . . . . . . . . . 59 4.2.2 Version 2: Prometheus with Alertmanager . . . . . . . . . . . . . . 70 4.2.3 Version 3: Elasticsearch with Kibana . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 iii Contents 4.3 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 5 Evaluation 77 5.1 Quantitative Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 5.1.1 First Experiment (Correct Functionality) . . . . . . . . . . . . . . . 78 5.1.2 Second Experiment (Idle Performance) . . . . . . . . . . . . . . . . 80 5.1.3 Third Experiment (Performance under Load) . . . . . . . . . . . . 80 5.2 Qualitative Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 5.3 Additional Use Cases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 5.3.1 Monitoring Network Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 5.3.2 Flexible Embedded Systems Management . . . . . . . . . . . . . . 90 5.3.3 Managing Internet of Things Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 6 Conclusion and Future Work 95 6.1 Summary of Contributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 6.2 Topics for Future Work . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 Bibliography 99 List of Figures 107 List of Tables 109 List of Listings 110 List of Abbreviations 111 A Implementation, Compilation, and Execution of RBMA 113 A.1 Implementation of Base Classes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 A.2 Implementation of Team- and inner Role Classes . . . . . . . . . . . . . . . 121 A.3 Implementation of Auxiliary Classes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 A.4 Compilation of RBMA with Eclipse OT/J . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 A.5 Execution of RBMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 B Additional Information: Autoscaling of Web Service Infrastructures 145 B.1 Setup of the Slave-level Clusters (Versions 1, 2, and 3) . . . . . . . . . . . . 145 B.2 RBMA: Setup of the Master-level Cluster (Version 1) . . . . . . . . . . . . 156 B.3 Prometheus: Setup of Master-level Cluster (Version 2) . . . . . . . . . . . 160 B.4 Elastic Stack: Setup of the Master-level Cluster (Version 3) . . . . . . . . . 165 B.5 Auxiliary Tutorials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 C Large Figures 179

Intelligent transport systems are preparing to welcome connected and automated vehicles (CAVs), although it is uncertain which algorithms should be employed for the effective and efficient management of CAV systems. Even though remarkable improvements in telecommunication technologies, such as vehicle-to-everything (V2X), enable communication and computation sharing among different agents, e.g. vehicles and infrastructures, within existing approaches, a significant part of the computation burden is still typically assigned to central units. Distributed algorithms, on the other hand, could alleviate traffic units from most, if not all, of the high dimensional calculation duties, while improving security and remaining effective. In this paper, we propose a formation-control-inspired distributed algorithm to rearrange vehicles’ passing time periods through an intersection and a novel formulation of the underlying trajectory optimization problem so that vehicles need to exchange and process only a limited amount of information. We include early simulation results to demonstrate the effectiveness of our approach.

Die Anforderungen an die verfügbare Rechenkapazität von Steuergeräten in der Automotive und Avionik-Domäne steigen kontinuierlich an. Dieser Anstieg ist auf die steigende Bedeutung von softwarebasierten Funktionen zurückzuführen, sowie auf die damit einhergehende steigende Anzahl und Komplexität der softwarebasierten Funktionen. In dieser Dissertation wird die Berücksichtigung der Situation (z. B. die geographische Position oder die Geschwindigkeit) als ein möglicher Ansatz beschrieben, um den steigenden Bedarf an Rechenkapazität der softwarebasierten Funktionen zu decken. Die benötigte Rechenkapazität einer softwarebasierten Funktion verändert sich in Abhängigkeit von der momentanen Situation. Durch die Berücksichtigung der Situation bei der Verteilung der Rechenkapazitäten entstehen freie Rechenkapazitäten, welche durch komplementäre softwarebasierte Funktion verwendet werden können. Die Zielsetzung dieser Dissertation ist es, eine situationsbasierte Verteilung der Rechenkapazität auf die softwarebasierten Funktionen des verteilen eingebetteten Systems zu erreichen.:1 Einleitung 1.1 Motivation 1.2 Zielsetzung 1.3 Struktur der Arbeit 1.4 Zusammenfassung 2 Grundlagen 2.1 Situationsbasierte Systeme 2.2 Eingebettete verteilte Systeme 2.2.1 Architektur 2.2.2 Echtzeit-Tasks 2.2.3 Echtzeit-Scheduling 2.2.4 Echtzeit-Kommunikation 2.2.5 Steuergeräte der Zieldomänen 2.3 Prozessmigration in verteilten Systemen 2.3.1 Prozesssegmente 2.3.2 Möglichkeiten der Prozessmigration 2.4 Application checkpointing 2.5 Zusammenfassung 3 Stand der Forschung 3.1 Situationsbasiertes Scheduling für eingebettete verteilte Systeme 3.1.1 Semi-Statische Systeme 3.1.2 Dynamische Systeme 3.2 Situationsbasiertes Scheduling für Multi-Core Systeme 3.2.1 Situationen in HAMS 3.2.2 HAMS Architektur 3.2.3 Wissensdatenbank 3.3 Semi-Statische Netzwerkkonfiguration 3.4 Zusammenfassung 4 Situationsbasiertes Scheduling in verteilten eingebetteten Systemen 4.1 Analyse der Zielsetzung 4.2 Technische Ziele 4.3 SiVES-Sched Konzept 4.3.1 Erweiterter HAMS 4.3.2 Situations-Wissensdatenbank 4.3.3 TLS Master 4.3.4 Task-Migration 4.3.5 TLS Slave 4.3.6 Software Defined Network 4.3.7 TLS-KM 4.4 Zusammenfassung 5 Evaluation 5.1 Konzept der Evaluation 5.2 Evaluationsumgebung 5.2.1 Hardwareumgebung 5.2.2 Softwareumgebung 5.3 Rekonfiguration des verteilten eingebetteten Systems 5.3.1 Evaluation I: Erstellung der SWDB 5.3.2 Evaluation II: Durchführung der Rekonfiguration 5.3.3 Evaluation III: Dauer des kritischen Abschnitts 5.3.4 Evaluation IV: Vermeidung von Informationsverlust 5.4 Zusammenfassung 6 Zusammenfassung und Ausblick 6.1 Ergebnisse dieser Arbeit 6.1.1 Konzept 6.1.2 Evaluation 6.2 Ausblick 7 Appendix Literaturverzeichnis Nomenklatur Thesen Eigene Veröffentlichungen

Managing and efficiently analysing the vast amounts of data produced by a huge variety of data sources is one of the big challenges in computer science. The development and implementation of algorithms and applications that can extract information diamonds from these ultra-large, and often distributed, databases is a key challenge for the design of future data management infrastructures. Today’s data-intensive applications often suffer from performance problems and an inability to scale to high numbers of distributed data sources. Therefore, distributed and parallel databases have a key part to play in overcoming resource bottlenecks, achieving guaranteed quality of service and providing system scalability. The increased availability of distributed architectures, clusters, Grids and P2P systems, supported by high performance networks and intelligent middleware provides parallel and distributed databases and digital repositories with a great opportunity to cost-effectively support key everyday applications. Further, there is the prospect of data mining and knowledge discovery tools adding value to these vast new data resources by automatically extracting useful information from them.

One of the core principles of the SAP HANA database system is the comprehensive support of distributed query facility. Supporting scale-out scenarios was one of the major design principles of the system from the very beginning. Within this paper, we first give an overview of the overall functionality with respect to data allocation, metadata caching and query routing. We then dive into some level of detail for specific topics and explain features and methods not common in traditional disk-based database systems. In summary, the paper provides a comprehensive overview of distributed query processing in SAP HANA database to achieve scalability to handle large databases and heterogeneous types of workloads.