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Aufgabe eines reservierungsbasierten QoS-Systems ist die Garantie spezifischer Übertragungsparameter für Datenflüsse in Umgebungen mit begrenzten Ressourcen. Zu diesem Zweck muss das System verschiedene Anforderungen gegeneinander abwägen und eine Ressourcenzuteilung maximalen Wertes für die Nutzer finden. In existierenden Lösungen leidet die Ressourcenzuteilung unter eine Informationslücke: die Netzwerkschicht betrachtet einzelne Datenströme ohne Kenntnis ihrer Beziehungen in höheren Schichten. Durch diese Lücke kann es zur Zuteilung von Ressourcen an nicht nutzbare Reservierungen kommen, die auf andere, nicht aktive Ströme angewiesen sind. Dies resultiert in einer Verschwendung von Ressourcen, welche anderweitig besser zur Erbringung von Diensten genutzt werden könnten. Die vorliegende Arbeit schlägt ein QoS-System der Netzwerkschicht vor, welches Kenntnis über die existierenden Pfadbeziehungen besitzt. Diese werden als Ausdrücke der Aussagenlogik formuliert, in denen die Zustände der reservierten Pfade als Boolesche Variablen repräsentiert werden. Durch Auswertung der entsprechenden Ausdrücke kann der Optimierungsprozess verschwendete Ressourcen erkennen und vermeiden. Das Optimierungsproblem ist eine Instanz des Rucksackproblems mit Nebenbedingungen. Durch Umwandlung in ein Mixed Integer Linear Program können durch existierende Algorithmen wie Branch-and-Cut optimale Ressourcenzuteilungen in vertretbarer Zeit berechnet werden. Die vorliegenden Ergebnisse zeigen, dass die Optimierung ohne Kenntnis der Pfadbeziehungen in bestimmten Szenarien bis zu 75% der zugeteilten Ressourcen verschwendet. Eine Lösung dieses Problems erlaubt eine wesentlich effizientere Nutzung begrenzter Ressourcen und damit den Transport einer deutlich großen Zahl an Anwendungssitzungen. Zusammen mit einem netzseitigen Ressourcenmanagement, welches Reservierungen pausieren und fortsetzen kann, ist dieser Ansatz besonders für stark veränderliche Netze mit langen Übertragungsverzögerungen geeignet. Das Netz findet autonom eine optimale Ressourcenzuteilung, ohne die begrenzten Ressourcen durch zusätzliche Signalisierung zu belasten.

Nichtlineare optische Kontrastmechanismen, wie die Zweiphotonen-angeregte Autofluoreszenz (2P-AF), die Frequenzverdopplung (engl. second-harmonic generation - SHG) und die chemisch selektive kohärente anti-Stokes Raman Streuung (engl. coherent anti-Stokes Raman scattering - CARS) ermöglichen eine räumlich hochaufgelöste markerfreie Bildgebung. Ein weiterführendes komplementäres Verfahren besteht in der zeitaufgelösten Detektion der 2P-AF-Signale und der damit ebenfalls chemisch-selektiven Fluoreszenzlebensdauer-Bildgebung (engl. fluorescence lifetime imaging - FLIM). Diese Methoden ermöglichen eine bedeutende klinische Anwendung: die hochaufgelöste nicht-invasive, zerstörungsfreie Bildgebung am lebenden Gewebe - auch bekannt als nichtlineare "optische Biopsie". Der Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit liegt in der Vereinigung dieser Kontrastmechanismen mit dem bestehenden Gerätekonzept eines Femtosekundenlaser-basierten Multiphotonen-Tomographen mit flexibel positionierbarem Messkopf. Einen wesentlichen Anteil an der Entwicklung hatte die Integration der CARS-Bildgebung mit zwei Anregungsstrahlen. Bei diesem Zweistrahl-Konzept ist eine sowohl zeitliche als auch räumliche Überlagerung der spektral unterschiedlichen Anregungsphotonen in einem gemeinsamen Anregungsvolumen erforderlich. Die simultane Signaldetektion erfolgt mit einem Mehrkanal-Detektor in (i) bis zu vier spektral getrennten Kanälen und (ii) mit einer hohen Zeitauflösung im ps-Bereich. Letzteres ermöglicht die zeitkorrelierte Einzelphotonenzählung und schließlich FLIM. Mit dieser multimodal-chemischen Selektivität aus Molekülschwingungs- und Fluoreszenzlebensdauerkontrast können insgesamt vier komplementäre Kontrastmechanismen (2P-AF, SHG, CARS, FLIM) simultan für die Multiphotonen-Tomographie eingesetzt werden. Die Funktionalität dieser multidimensionalen Bildgebung wurde an Modellsystemen bestätigt. Weiterführende ex vivo Untersuchungen an murinen Gewebeproben mit lipidreichen Adipozyten, Myelinfasern und Lipidtröpfchen der Leber belegen einen hohen chemischen Kontrast. Abschließend wurde der hochflexible Multiphotonen-Tomograph erfolgreich an menschlicher Haut getestet.