Identification of regulatory variables for state transition of biological networks. - In: Biosystems, Bd. 181 (2019), S. 71-81
https://doi.org/10.1016/j.biosystems.2019.05.001
Generalized database index structures on massively parallel processor architectures. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2019. - 1 Online-Ressource (202 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2019
Suchbäume sind allgegenwärtig in Datenbanksystemen und anderen Anwendungen, die eine effiziente Möglichkeit benötigen um in großen Datensätzen nach Einträgen zu suchen, die bestimmte Suchkriterien erfüllen. Sie können mit verschiedenen Strategien konfiguriert werden um den Suchraum zu strukturieren und die für ein Suchergebnis irrelevante Bereiche von der Bearbeitung auszuschließen. Die Entwicklung von anwendungsspezifischen Indexen wird durch Frameworks wie GiST unterstützt. Jedoch unterstützt keines der heute bereits existierenden Frameworks die Verwendung von hochgradig parallelen Prozessorarchitekturen wie GPUs. Solche Prozessoren für generische Index Frameworks nutzbar zu machen, ist Ziel dieser Arbeit. Dazu werden Techniken aus verschiedensten CPU- und GPU-optimierten Indexen analysiert und für die Entwicklung einer GiST-Erweiterung verwendet, welche die für eine Suche in Suchbäumen nötigen Berechnungen abstrahiert. Traversierungsoperationen werden dabei auf vektorisierte Primitive abgebildet, die auf parallelen Prozessoren implementiert werden können. Die Verwendung dieser Erweiterung wird beispielhaft an einem CPU Algorithmus demonstriert. Weiterhin wird ein neuer GPU-basierter Algorithmus vorgestellt, der im Vergleich zu bisherigen Verfahren, ein dynamisches Nachladen der Index Daten in den Hauptspeicher der GPU unterstützt. Die Praktikabilität des erweiterten Frameworks wird am Beispiel von Anwendungen aus der Computergrafik untersucht und die Performanz der verwendeten Algorithmen mit Hilfe eines Benchmarks auf verschiedenen CPU- und GPU-Modellen analysiert. Dabei wird gezeigt, unter welchen Bedingungen die parallele GPU-basierte Ausführung schneller ist als die CPU-basierte Variante - und umgekehrt. Um die Stärken beider Prozessortypen in einem hybriden System ausnutzen zu können, wird ein Scheduler entwickelt, der nach einer Kalibrierungsphase für eine gegebene Operation den geeignetsten Prozessor wählen kann. Mit Hilfe eines Simulators für Baumtraversierungen werden verschiedenste Scheduling Strategien verglichen. Dabei wird gezeigt, dass die Entscheidungen des Schedulers kaum vom Optimum abweichen und, abhängig von der simulierten Last, die erzielbaren Durchsätze für die parallele Ausführung mehrerer Suchoperationen durch hybrides Scheduling um eine Größenordnung und mehr erhöht werden können.
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2019000101
Brake detection for electric bicycles using inertial measurement units. - In: 2019 IEEE Sensors Applications Symposium, (2019), insges. 6 S.
https://doi.org/10.1109/SAS.2019.8706001
Entwicklung einer echtzeitfähigen und optimalen Unterstützungssteuerung von Elektrofahrrädern unter Berücksichtigung von Streckendaten. - Ilmenau, 2019. - XXIV, 191 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2019
Im Kampf gegen die Klimaerwärmung stellt die Elektromobilität und damit auch das Elektrofahrrad einen wichtigen Baustein dar. Ein Hauptkritikpunkt an Elektrofahrrädern ist die kurze Reichweite in Kombination mit der langen Ladedauer. Die Fahrer befürchten, unterwegs "liegen" zu bleiben und die Fahrt ohne Motorunterstützung beenden zu müssen (sog. "Reichweitenangst"). Da viele Einflussfaktoren die Reichweite beeinträchtigen, fällt es den Fahrern zudem schwer eine energieeffiziente Fahrstrategie zu planen. Viele nutzen daher die Akkukapazität nicht vollständig aus und absolvieren ihre Fahrt langsamer als notwendig. Dieses Problem wird hier angegangen, indem ein Fahrmodus für Elektrofahrräder entwickelt wird, der den Fahrer auf einer beliebigen vorgegebenen Strecke so unterstützt, dass diese unter Einhaltung einer zur Verfügung stehenden Energiemenge des Akkus schnellstmöglich absolviert wird. Hierfür werden zuerst Erkenntnisse im Modell gewonnen. Es wird ein Optimierungsproblem aufgestellt, das mithilfe des CMSC-Verfahrens zuverlässig und effizient gelöst wird. Zur Ableitung der späteren Onlineumsetzung werden definierte Fahrszenarien in der Optimierung analysiert. Dabei wird festgestellt, dass es optimal ist, den Fahrer mit einer konstanten Geschwindigkeit zu unterstützen. Diese kann jedoch nicht direkt berechnet werden, da sie von vielen unbekannten Faktoren abhängt. Andererseits beeinflussen unbekannte Parameter die optimale Entladekurve nur gering. Basierend auf diesem Wissen, wird ein echtzeitfähiges Berechnungsverfahren mit adaptiver Nachregelung modellbasiert entworfen und anschließend auf dem Elektrofahrrad implementiert. Mithilfe der robusten Entladekurve wird dabei die Fahrgeschwindigkeit des Elektrofahrrads eingeregelt und während der Fahrt korrigiert. Durch Simulationen und Testfahrten wird nachgewiesen, dass der entwickelte Algorithmus eine Verbesserung im Vergleich zu den herkömmlichen Fahrmodi darstellt. Strecken können über 10% schneller bei gleichem Energieverbrauch absolviert werden. Jedoch ist die Ersparnis von vielen Einflussfaktoren abhängig und somit keine allgemeingültige Aussage möglich. Allerdings konnte gezeigt werden, dass der Algorithmus die gestellten Anforderungen zur Bekämpfung der Reichweitenangst erfüllt. Dem Nutzer wird diese Sorge und die Strategieplanung abgenommen, was zu einem großen Sicherheits- und Komfortgewinn führt.
Optimierung des dynamischen Verhaltens von linearen Hybridschrittmotoren unter besonderer Betrachtung von Schwingungen und Geräuschen. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2019. - 1 Online-Ressource (XXI, 171 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018
Diese Arbeit befasst sich mit der Entwicklung von Methoden und Reglern zur Reduzierung von Schwingungen und Geräuschen von linearen Hybridschrittmotoren (LHSM). Die Ursachen der Schwingungen und Geräusche sind Kraftschwankungen, die elektromagnetisch durch das Antriebsprinzip bedingt sind. Der untersuchte Motor ist ein Prototyp, der von der Firma Pasim Direktantriebe GmbH zur Verfügung gestellt worden ist. Dieser ist durch ein Zusatzspulensystem gekennzeichnet, das eine variable magnetische Erregung ermöglicht. Somit kann der Motor mit einer konstanten magnetischen als auch mit einer sich ändernden magnetischen Erregung betrieben werden. Diese beiden Betriebsmodi werden in dieser Arbeit als Ausgangssituationen verwendet, um damit mögliche Reduzierungen von Schwingungen und Geräuschen zu erzielen. Für den als Standardmotor zu betrachtenden konstant erregten LHSM werden drei Methoden untersucht. Dazu gehören die Lastwinkel-Optimierung, die Rastkraft-Kompensation sowie die Optimierung der Kommutierung. Unter diesen Methoden lassen sich mit der optimierten Kommutierung die Horizontalschwingungen am besten verringern. Wahrnehmbare Lautstärkeänderungen können damit allerdings nicht erreicht werden. Das Ziel des mit variabler Erregung betriebenen LHSM ist ebenfalls eine Reduzierung von Schwingungen und Geräuschen. Zu diesem Zweck werden die sich mit der variablen Erregerkomponente ändernden Eigenschaften des LHSM ausgenutzt, um ein antriebseffizientes und schwingungsreduzierendes Betriebsverhalten zu erhalten. Dafür ist es erforderlich, den variabel erregten LHSM zu modellieren und die dazugehörigen Parameter zu identifizieren. Schließlich wird eine Ansteuerfunktion für die variable Erregerkomponente auf der Grundlage eines Optimierungsproblems entwickelt. Die Ansteuerfunktion wird im positionsgeregelten Betrieb angewendet und zeigt dabei eine Reduzierung der Schwingungen um ein Vielfaches in allen Raumrichtungen. Das führt dazu, dass die wahrgenommene Lautstärke um annähernd die Hälfte gegenüber einem Motor mit konstanter magnetischer Erregung gesenkt werden kann. Zur weiteren Verbesserung der Betriebseigenschaften werden verschiedene Reglerstrategien entwickelt und getestet. Die Ergebnisse zeigen, dass sich für diesen Zweck ein optimierter PID-Regler mit modellbasierter Vorsteuerung am besten eignet.
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2018000738
Automatic detection of diabetic retinopathy and its progression in sequential fundus images of patients with diabetes. - In: Acta ophthalmologica, ISSN 1755-3768, Bd. 97 (2019), 4, S. e667-e669
https://doi.org/10.1111/aos.13976
Protein corona formation and its constitutional changes on magnetic nanoparticles in serum featuring a polydehydroalanine coating: effects of charge and incubation conditions. - In: Nanotechnology, ISSN 1361-6528, Bd. 30 (2019), 26, 265707, S. 1-15
https://doi.org/10.1088/1361-6528/ab0ed0
Aspect-oriented security engineering : a model-based approach
1. Auflage. - Göttingen : Cuvillier Verlag, 2019. - viii, 245 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018
ISBN 978-3-7369-9980-0
Der Entwurf und die Realisierung sicherheitskritischer IT-Systeme ist ein höchst fehleranfälliger Prozess. Durch den großen Spielraum menschlicher Beurteilung und Interpretation hat sich seit einigen Jahren die Notwendigkeit abgezeichnet, Sicherheitseigenschaften, die dieser Prozess umsetzen soll, mithilfe formaler Modelle darzustellen und zu analysieren (modellbasiertes Security Engineering). Aufgrund des hohen Abstraktionsgrades der eingesetzten Modelle ist leider auch dieser Ansatz, insbesondere angesichts der Komplexität moderner IT-Systeme, zunehmend anfällig für menschliche Fehler. Ziel dieser Dissertation ist es, einen Weg zur Beherrschung dieses Problems aufzuzeigen. Hierfür wurden semantische Lücken zwischen den Teilprozessen der Anforderungsanalyse, informalen Politikformulierung, formalen Modellierung und Analyse als wesentliche Fehlerquelle identifiziert. Basierend auf dieser Beobachtung hat sich die Arbeit das Ziel gesetzt, generische Formalismen abzuleiten, welche durch Anpassung an domänenspezifische Spezifikations- und Analyseverfahren diese Lücke zu verkleinern, wenn nicht zu schließen sucht. Um hierbei Zielsetzungen des Security Engineering Prozesses im Einzelfall gerecht zu werden, haben wir die Abstraktion der "Aspekte" als Eigenschaften von Software auf Eigenschaften eines solchen Prozesses übertragen und formalisiert. Die Grundidee hierbei ist es, jeden Einzelschritt hin zur formalen Repräsentation einer Sicherheitspolitik wohldefiniert, klein und monoton wachsend hinsichtlich des Formalisierungsgrades zu halten. Diese Idee wird anhand zweier beispielhafter Aspekte umgesetzt: zum einen zur Modellierung einer konkreten Familie von Sicherheitspolitiken (die typischer Betriebs- und Middlewaresysteme), zum anderen zur Darstellung eines konkreten Analyseziels (laufzeitabhängige Rechteausbreitung). Für beide Aspekte werden Formalismen und Arbeitsabläufe vorgestellt, die schließlich auf das Betriebssystem SELinux praktisch angewandt werden. Im Einzelnen liefert die Arbeit folgende Ergebnisse: (1.) Eine Adaption der "safety"-Eigenschaft auf SELinux Sicherheitspolitiken; (2.) einen flexiblen, heuristischen Algorithmus zu deren Analyse; (3.) eine Generalisierung dieses Algorithmus' zur Analyse eines breiten Spektrum aspektorientierter Modelle; und (4.) ausgewählte Werkzeuge, die hierbei zur Unterstützung einzelner Prozessschritte entstanden.
Dependencies between maternal and fetal autonomic tone. - In: Journal of perinatal medicine, ISSN 1619-3997, Bd. 47 (2019), 3, S. 323-330
https://doi.org/10.1515/jpm-2018-0221
Ultra-wideband temperature dependent dielectric spectroscopy of porcine tissue and blood in the microwave frequency range. - In: Sensors, ISSN 1424-8220, Bd. 19 (2019), 7, 1707, insges. 21 S.
https://doi.org/10.3390/s19071707