Virtualisierung eingebetteter Echtzeitsysteme im Mehrkernbetrieb zur Partitionierung sicherheitsrelevanter Fahrzeugsoftware. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2016. - xiv, 194 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016
ISBN 978-3-86360-135-5
Dissertation erschienen unter dem Titel: Virtualisierung eingebetteter Echtzeitsysteme zur Partitionierung sicherheitsrelevanter Software im Automobil
Die Automobilindustrie verzeichnete innerhalb der letzten Jahre einen enormen Zuwachs an neuen elektrischen und elektronischen Fahrzeugfunktionen. Dies führt gleichzeitig zu einer Mehrung der Softwareumfänge in eingebetteten Systemen. Nicht-funktionale Anforderungen wie Sicherheit, Performanz, Verlässlichkeit und Wartbarkeit stellen zusätzliche Herausforderungen an die Entwicklung zukünftiger Fahrzeugsysteme dar. Um die Anzahl der Steuergeräte zu reduzieren, sollen Fahrzeugfunktionen auf gemeinsamen Integrationssteuergeräten konsolidiert werden. Systemvirtualisierung kann hierfür eine zielführende Herangehensweise darstellen, um die Softwaremigration auf Integrationssteuergeräte zu erleichtern und gleichzeitig den geforderten Isolationsansprüchen neuer Sicherheitsstandards gerecht zu werden. In dieser Arbeit wird die Partitionierung sicherheitsrelevanter Fahrzeugfunktionen auf einer gemeinsamen Hardwareplattform fokussiert. Unter Verwendung von Methoden zur Bewertung sozialer Netzwerke wird eine graphenbasierte Herangehensweise vorgestellt, um die Partitionierbarkeit von Softwarenetzen mit sicherheitsrelevanten Anteilen abschätzen zu können. Zur Realisierung der Systempartitionierung wird eine Methodik zur Auswahl der geeignetsten Kernelarchitektur eingeführt. Dabei werden aus gewählten nicht-funktionalen Eigenschaften potentielle technische Lösungskonzepte innerhalb einer Baumstruktur abgeleitet und ingenieurmäßig bewertet. Darauf aufbauend wird ein Hypervisor für eingebettete Echtzeitsysteme der Firma ETAS Ltd. evaluiert. Um die Kosten einer zusätzlichen Hypervisorschicht beurteilen zu können, werden in diesem Rahmen Laufzeitmessungen durchgeführt. Somit werden die Auswirkungen einer zusätzlichen Virtualisierungsschicht auf Fahrzeugsoftwaresysteme zur Erfüllung ausgewählter nicht-funktionaler Eigenschaften aufgezeigt. Die Anbindung virtualisierter Systeme an die Kommunikationsschnittstellen des Hypervisors stellt einen weiteren Schwerpunkt dar. Virtuelle Steuergeräte tauschen sich weiterhin über bereits implementierte Kommunikationskanäle aus und greifen auf gemeinsame Hardwareressourcen zu. Es wird somit ein Konzept eingeführt, um sicherheitsrelevante Anteile des AUTOSAR Microcontroller Abstraction Layers zu entkoppeln. Der Hypervisor selbst wird hierzu an relevanten Stellen erweitert und ein verlässliches Kommunikationskonzept implementiert. Ein Demonstratoraufbau, zur Konsolidierung von produktiver Fahrzeugsoftware auf einer gemeinsamen Hardwareplattform, finalisiert die Arbeit. Hierfür werden unabhängige Softwarestände paravirtualisiert. Als Resümee der Arbeit erhält der Leser sowohl einen technischen Überblick über den Mehrwert als auch der Kosten paravirtualisierter Fahrzeugplattformen, welche auf Kleinststeuergeräten integriert sind.
Innovationswirkung der Netzneutralität : statische und dynamische Effekte der Ausgestaltung von Priorisierungsregimen. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2016. - xxii, 353 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2015
ISBN 978-3-86360-134-8
Regeln zur Netzneutralität werden sowohl in Europa als auch in den USA intensiv diskutiert. Die Arbeit untersucht die ökonomischen Aspekte möglicher Priorisierungsregimen. Basierend auf Erkenntnissen der Theorie der zweiseitigen Märkte und der Industrieökonomik werden allgemeine Aussagen zu möglichen Regulierungsansätzen entwickelt, und es wird gezeigt, welche Implikationen sie für die innerhalb der theoretischen Literatur verwendeten Netzneutralitätsoperationalisierungen besitzen. Ein summarischer Überblick über die vorhandenen Modelle dient zur Herleitung von Folgerungen für eine angemessene Regulierung. Innovationspolitischen Aspekte des Themas werden gesondert untersucht. Die Autorin differenziert zwischen der Wirkung der Netzneutralität auf Innovationsanreize und Innovationsfähigkeit der einzelnen Marktteilnehmer und den einzelnen Innovationsphasen.
Elektrische Leitfähigkeit und dielektrisches Verhalten von Pressspan in HGÜ-Isoliersystemen. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2016. - XII, 155 Seiten. - (Ilmenauer Beiträge zur elektrischen Energiesystem-, Geräte- und Anlagentechnik (IBEGA) ; Band 16)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016
ISBN 978-3-86360-133-1
Die Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ) wird als effektive Übertragungsart für große Leistungen immer wichtiger. Die Isoliersysteme von HGÜ-Betriebsmitteln werden sowohl mit Wechsel- als auch mit Gleichspannung beansprucht. Neben den Permittivitäten müssen dann auch die elektrischen Leitfähigkeiten der Materialien berücksichtigt werden. Das Isoliersystem von Konvertertransformatoren enthält ölimprägnierten Pressspan, welcher im Fokus dieser Arbeit liegt. Bisher bestand ein erhebliches Verständnisdefizit bezüglich der elektrischen Leitfähigkeit und des dielektrischen Materialverhaltens von Pressspan. Besonders die dominanten Leitungsprozesse sind bislang nicht ausreichend verstanden. In dieser Arbeit werden die Leitungsprozesse Ionen-, Elektronen-Loch- und Protonenleitung am Pressspan diskutiert, sowie die relevanten Polarisationsmechanismen behandelt. Zur Erforschung des Materialverhaltens von Pressspan unter Gleichspannungsbelastung wurde dieser chemisch und physikalisch analysiert. Pressspan setzt sich mikroskopisch größtenteils aus den Komponenten Zellulose, Hemizellulosen und Lignin zusammen, und besteht makroskopisch aus einer Vielzahl von Fasern und Imprägniervolumina. Es wurden interdisziplinäre Messmethoden wie die UV/Vis-Spektroskopie und die Rasterelektronenmikroskopie angewandt, um relevante Materialinformationen zu erhalten und geometrische Verhältnisse im Pressspan abzuschätzen. Um einen Bezug zwischen der Struktur und den elektrischen Eigenschaften zu schaffen, wurden elektrische Leitfähigkeiten mittels Sprungantwortmessungen im Zeitbereich erfasst. Die im Rahmen dieser Arbeit untersuchten Einflussgrößen auf die elektrische Leitfähigkeit wurden in die anwendungstechnischen Parameter Wassergehalt, Temperatur und Feldstärke, in den mikroskopischen Parameter Ligningehalt sowie in die makroskopischen Parameter Dichte, Faserorientierung und imprägnierendes Fluid unterteilt. Der Wassergehalt hat den größten Einfluss auf das Materialverhalten von Pressspan, gefolgt von der Temperatur. Von nachgeordneter Bedeutung sind der Ligningehalt des Pressspans und dessen Dichte, die während der Zellstoff- bzw. Pressspanherstellung verändert werden können, woraus sich geänderte Leitfähigkeiten ergeben. Die Faserorientierung hingegen ist im Transformator kaum beeinflussbar. Ebenso kann sich die Feldstärkebelastung je nach Last und Leitfähigkeitsverhältnis von Öl zu Pressspan ändern. Die Quantifizierung und das Verständnis der Einflussfaktoren auf das elektrische Verhalten von Pressspan stellen den ersten Schritt da, um in Zukunft Materialien mit definierten Leitfähigkeiten und erwünschtem dielektrischen Verhalten für HGÜ-Betriebsmittel herzustellen.
Untersuchungen zylindrischer Gasführungselemente für Hochvakuumanwendungen. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2016. - XXIV, 180 Seiten. - (Berichte aus dem Institut für Maschinen- und Gerätekonstruktion (IMGK) ; Band 25)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2015
ISBN 978-3-86360-130-0
Eine hochgenaue, stabile Positionierung innerhalb einer Vakuumumgebung kann mit Hilfe von aerostatischen Führungselementen realisiert werden. Um das Abströmen des Speisegases in die Vakuumumgebung zu minimieren, wird im Stand der Technik ein mehrstufiges berührungsloses Dicht- und Absaugsystem verwendet. Die Evakuierung der ersten Absaugstufe hat eine Reduzierung des direkten Umgebungsdruckes der Gasführungselemente und somit eine Beeinflussung der Eigenschaften zur Folge. Die Arbeit präsentiert experimentelle und theoretische Ergebnisse zu Untersuchungen an aerostatischen, zylindrischen Führungselementen mit poröser Drosselschicht für Hochvakuumanwendungen. Ziel der Arbeit ist es, den Einfluss des Umgebungsdruckes, des Speisegasdruckes und der konzentrischen Spalthöhe auf die statischen und dynamischen Eigenschaften der Führungselemente zu ermitteln. Die Eignung der Gasführungselemente für Hochvakuumanwendungen soll nachgewiesen werden. Ausgehend von der theoretischen Beschreibung der Druckverteilung innerhalb des Lagerspaltes werden ein vereinfachtes und ein FEM-basiertes numerisches Strömungsmodell entworfen. Mit den Modellen können die statischen Eigenschaften (Tragkraft, statische Steifigkeit, Kippsteifigkeit, Gasverbrauch) eines Gasführungselementes ermittelt werden. Die dynamischen Eigenschaften beziehen sich auf die Dämpfungsparameter und die Stabilität der Elemente gegenüber selbsterregten Schwingungen. Das Dämpfungsverhalten der Gasführungselemente wird aus der Systemantwort auf eine sprungförmige Anregung abgeleitet. Für konstante absolute Speisegasdrücke steigen sowohl Tragkraft, statische Steifigkeit als auch Gasverbrauch durch den Übergang in eine Vakuumumgebung an. Die Anstiege können durch Berechnungen mit den vorgestellten Modellen gut wiedergegeben werden. Für alle durchgeführten Untersuchungen treten keine selbsterregten Schwingungen auf, was durch ein Stabilitätskriterium auf Basis von statischer und dynamischer Steifigkeit unterlegt wird. Die Dämpfungsuntersuchungen ergeben experimentell die Überlagerung einer niederfrequenten, sehr stark gedämpften Schwingung und einer hochfrequenten, schwach gedämpften Schwingung. Die Schwingungen sind für Auslenkungsamplituden von bis zu 2,5 [my]m nach ca. 70 ms abgeklungen. Die Ergebnisse der Arbeit belegen die Tauglichkeit von Gasführungselementen für den Hochvakuumeinsatz. Durch die Ableitung von Richtlinien wird die Auslegung von stabilen Führungselementen mit guten Trageigenschaften und geringem Gasverbrauch unterstützt.
. - Multikonferenz Wirtschaftsinformatik (MKWI) 2016 ; Band 3. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau. - Seite 1269-1858 ISBN 978-3-86360-132-4
. - Multikonferenz Wirtschaftsinformatik (MKWI) 2016 ; Band 2. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau. - Seite 615-1264 ISBN 978-3-86360-132-4
. - Multikonferenz Wirtschaftsinformatik (MKWI) 2016 ; Band 1. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau. - 610 Seiten ISBN 978-3-86360-132-4
Klimaschutz als Medienwirkung : eine kommunikationswissenschaftliche Studie zur Konzeption, Rezeption und Wirkung eines Online-Spiels zum Stromsparen. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2016. - 276 Seiten. - (Nachhaltigkeits-, Energie- und Umweltkommunikation ; Band 3)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2014
ISBN 3-86360-126-2
Um die CO2-Reduktionsziele der europäischen Ländern zu erreichen, bedarf es neben politischen, wirtschaftlichen und technischen Anstrengungen auch der Veränderung individueller Konsumgewohnheiten. Aus der Perspektive der Rezeptions- und Wirkungsforschung stellt sich die Frage, wie mediale Kommunikation dazu beitragen kann, dass Menschen klimabewusster handeln. Die bisherigen Ergebnisse zeigen, dass viele der typischen Darstellungsformen des Klimawandels - wie Katastrophenbilder - eher kontraproduktiv wirken. Die vorliegende Arbeit widmet sich deswegen der Frage, welche Medieneigenschaften klimaschonendes Handeln positiv unterstützen. Den theoretischen Ausgangspunkt bildet das Forschungsfeld Nachhaltigkeitskommunikation. Der hier verortete Ansatz der Handlungsorientierung nimmt an, dass Menschen in Lernsituationen selbst aktiv handeln müssen, damit sie das Gelernte in ihren Alltag übertragen. Handeln wird durch fünf Merkmalen charakterisiert: Intentionalität, Erstellen eines Produktes, Handlungsspielraum, Bewusstheit des Handelns und der Prozesscharakter. Hieraus werden Gestaltungsempfehlungen für ein Online-Spiel formuliert und Variablen für die empirische Studie abgeleitet. Als zweite theoretische Säule wird das Forschungsfeld "Interactive Storytelling" erschlossen und das dramentheoretische Modell von Lessing ausgewählt. Um das entwickelte Variablenmodell zu testen, wird das Online-Spiel "RED - Renewable Energy Drama" (ca. 10 Spielminuten) konzipiert. Es thematisiert das Stromsparen im eigenen Haushalt. Eine quantitative Online-Befragung (n=287) prüft die theoretischen Annahmen, ergänzend werden Interaktionsdaten aus dem Spielverlauf erfasst. Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass ein hoher Alltagsbezug der entscheidende Faktor ist. Stehen verschiedene, alltagsnahe Möglichkeiten zur Verfügung, um eine Aufgabe zu lösen (Handlungsspielraum), dann denken die Spieler stärker darüber nach, wie sie diese Aufgabe üblicherweise zuhause lösen (Bewusstheit). Dies wiederum hat einen positiven Effekt auf alle Dimension von Handlungskompetenz: die Spielenden haben den Eindruck, alltagstaugliche Heuristiken zum Stromsparen zu lernen, sich die Bedeutung ihres eigenen Handelns für den Klimaschutz bewusst zu machen und eigene Verhaltensweisen zu reflektieren und/oder zu verändern. Einen ebenso positiven Effekt hat es, wenn das Feedback zu den gelösten Aufgaben als hilfreich bewertet wird, was besonders dann der Fall ist, wenn Verhaltensalternativen miteinander verglichen werden. Auch Spielcharaktere, die ein realistisches Verhalten mit typischen, konfligierenden Gedanken und Gefühle in alltäglichen Entscheidungssituationen zeigen, haben einen positiven Effekt auf die Handlungskompetenz.
Wahrung der Netzsicherheit durch Nutzung flexibler Lasten am Beispiel des gesteuerten Ladens von Elektrofahrzeugen. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2016. - IX, 135 Seiten. - (Ilmenauer Beiträge zur elektrischen Energiesystem-, Geräte- und Anlagentechnik (IBEGA) ; Band 15)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2015
ISBN 978-3-86360-128-7
Die Erzeugungsstruktur für elektrische Energie im europäischen Verbundnetz ist geprägt von ökologischen, ökonomischen und sozialen Wandlungsprozessen. Diese Prozesse sind unter anderem an dem Ausbau Erneuerbarer Energien sowie durch den länderspezifischen Ausstieg aus der Kernkraftnutzung erkennbar. Mit der steten Veränderung der Erzeugungsstruktur ändern sich auch die Standorte der Erzeugung. Daraus resultiert eine zunehmende Belastung der elektrischen Netze, welche sich in der Folge vor allem im Anstieg von Gefährdungen der Netzsicherheit bemerkbar macht. Eine Anpassung der Last zur Reduzierung von Netzbelastungen kann ein probates Mittel zur Lösung des Problems darstellen. Insbesondere durch die zukünftige Beeinflussung von Elektrofahrzeugen während des Ladevorgangs kann eine flexible Leistung für den sicheren Betrieb elektrischer Netze zur Verfügung gestellt werden. Diese Arbeit widmet sich der Fragestellung, inwieweit die Nutzung von Elektrofahrzeugen der Wahrung der Netzsicherheit dienen kann. Für die Beantwortung der Fragestellung wird ein Verfahren vorgeschlagen, welches die bisher nicht berücksichtigten Anpassungsoptionen durch Elektrofahrzeuge methodisch bestimmt und in eine mit technologischen Alternativen vergleichbare Beschreibungsform überführt. Weiterhin wird eine innovative Methode zur optimalen Bestimmung der Anpassungsmaßnahmen vorgeschlagen. Dabei findet das (n-1)-Netzsicherheitskriterium zur Beurteilung des Netzbetriebszustandes Anwendung. Zudem wird eine Entkopplung der rechenintensiven Ausfallsimulation von der eigentlichen Optimierung betrachtet. Der zur Optimierung verwendete genetische Optimierungsalgorithmus, welcher den Kern der Methode darstellt, erweist sich als besonders robust für Optimierungsprobleme von Netzen mit hoher Knotenanzahl und einer gemischten Art von Steuerungsvariablen. Zusätzlich können in der Optimierung neben dem Netzsicherheitsproblem beliebige partielle Optimierungsziele formuliert werden. In Bezug auf die wechselnden Anforderungen an die Netzführung, die teilweise im Rahmen der Modellierung nicht vollständig beschreibbar sind, erscheint die damit gegebene Adaptierbarkeit als besonderer Vorteil. Die dargestellte Methode wird, basierend auf stationärer Netzberechnung, an einem realistisch modellierten Höchstspannungsnetz verifiziert. Unter Nutzung der beschriebenen Methoden werden numerische Fallstudien durchgeführt. Als Ergebnis kann festgestellt werden, dass bei entsprechender Anzahl an Elektrofahrzeugen ausreichend flexible Leistung bereit gestellt werden kann, um die andernfalls notwendige Reduzierung der Einspeiseleistung von Erneuerbaren Energien-Anlagen zur Wahrung der Netzsicherheit zu vermeiden.
Multikonferenz Wirtschaftsinformatik (MKWI) 2016 : Technische Universität Ilmenau, 09. - 11. März 2016. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau ISBN 3863601327 = 978-3-86360-132-4