Neue klinische Anwendungen der dreidimensionalen Rekonstruktion in der echographischen Diagnostik

Zusammenfassung.   Die Verwendung der Ultraschalltechnik als bildgebendes Verfahren geh?rt in den unterschiedlichsten Bereichen der Medizin zur klinischen Routine. In den letzten Jahren sind sowohl bei der Weiterentwicklung der Echoscanner selbst als auch auf der Softwareseite im Bereich der computer-gestützten Auswertung von Ultraschalldaten enorme Fortschritte erzielt worden. Die Ergebnisse der T?tigkeiten im Sonderforschungsbereich 414 “Rechner- und sensorgestützte Chirurgie” sind bedeutsame Beispiele der Fortschritte in der klinischen Anwendung in unterschiedlichen medizinischen Fachrichtungen. Wir zeigen ein Beispiel aus der 3D-Echographie (Diagnose von Knochentumoren und ihren Auswirkungen auf das umgebende Weichgewebe) und zwei Beispiele aus der Echokardiographie (Vermessung von Herzklappenringen und Diagnose von Herzklappeninsuffizienzen durch Volumetrie und Visualisierung). Die echokardiographischen Anwendungen unterscheiden sich dabei hinsichtlich der verwendeten Ultraschallinformation. W?hrend für die Vermessung von Herzklappenringen die morphologische Information aus den Backscatterdaten gewonnen wird, wird bei der Bestimmung von Flu?volumen auf die Dopplerdaten zurückgegriffen. Eingegangen am 11. Juli 1998 / Angenommen am 12. Januar 1999     

Erscheinungsbasierte statistische Objekterkennung

Zusammenfassung.   Die automatische Erkennung und Lokalisation von Objekten in digitalen Bildern ist ein wesentlicher Bestandteil vieler praktisch relevanter Anwendungen. In diesem Artikel wird ein erscheinungsbasiertes Verfahren zur Erkennung starrer zwei- oder dreidimensionaler Objekte vorgestellt, dem eine statistische Modellierung zugrundeliegt. Im Gegensatz zu segmentierungsbasierten Verfahren, wie sie vor allem im Bereich der 3D-Objekterkennung eingesetzt werden, erm?glicht der erscheinungsbasierte Ansatz aufgrund der Modellierung der Intensit?tswerte oder davon abgeleiteter lokaler Merkmale eines Bildes die Erkennung komplexer Objekte. Die statistische Formulierung der Problemstellung bildet den mathematischen Kontext zur Bestimmung optimaler L?sungen. Die Form der Modellierung erlaubt neben der Einzelobjekterkennung auch die Berücksichtigung von heterogenem Bildhintergrund und Mehrobjektszenen. Die dazu ben?tigten lokalen Merkmale entstehen durch r?umlich begrenzte Transformationen des Bildes, wie beispielsweise Gabor- oder Wavelet-Transformationen. Die statistische Modellierung beschreibt die Verteilung dieser lokalen Merkmale anhand einer Dichtefunktion, die sich bei der Hintergrund- und Mehrobjektmodellierung als Mischungsverteilung der Einzelobjektverteilungen ergibt. Die Aufgabenstellungen des Erlernens und Erkennens von Objekten sind damit als Parametersch?tzprobleme formal darstellbar. Dabei werden im einen Fall die Modellparameter und im anderen Fall die Lageparameter beziehungsweise die Klassen von Objekten gesch?tzt. Die experimentelle überprüfung des Ansatzes anhand realer Objektaufnahmen durch CCD-Kameras zeigt seine Brauchbarkeit zur Erkennung von 2D- und 3D-Objekten bei homogenem und heterogenem Hintergrund. Eingegangen am 5. April 2000 / Angenommen am 20. Juli 2001     

Effiziente Vertr?glichkeitsprüfung und automatische Migration von Workflow-Instanzen bei der Evolution von Workflow-Schemata

Zusammenfassung.   Sollen Workflow-Management-Systeme (WfMS) in umfassender Weise für die rechnerbasierte Verwaltung und Steuerung von Gesch?ftsprozessen einsetzbar sein, müssen die von ihnen verwalteten Workflow-Schemata und -Instanzen bei Bedarf rasch anpassbar sein. Dabei müssen die auf Basis eines (alten) Workflow-Schemas erzeugten Instanzen auch nach dessen ?nderung ungest?rt weiterlaufen k?nnen, etwa durch Bereitstellung geeigneter Versionskonzepte. Sehr viel schwieriger wird es, wenn die angewandten Schema?nderungen – wo gewünscht und m?glich – auch auf die bereits (vielleicht in gro?er Zahl) laufenden Workflow-Instanzen übertragen werden sollen. Dies bei Bedarf zu k?nnen – und zwar ohne Inkonsistenzen oder Fehler zu verursachen – ist aber ungemein wichtig, wenn ein WfMS breit und flexibel einsetzbar sein soll. In diesem Beitrag wird ein Ansatz zur effizienten Prüfung der Vertr?glichkeit von Workflow-Instanzen mit einem ge?nderten Workflow-Schema vorgestellt. Durch Einbeziehung aller Beschreibungskonstrukte (z.B. auch Schleifen und Datenflüsse) und damit zusammenh?ngender Fragestellungen wird darüber hinaus zum ersten Mal die Grundlage für ein umfassendes ?nderungsmanagement geschaffen. Au?erdem wird aufgezeigt, wie der Benutzer bei der Migration vertr?glicher Instanzen auf das neue Schema konkret unterstützt werden kann. ID="*" Diese Arbeit wurde im Rahmen des Projekts „?nderungsmanagement in adaptiven Workflow-Management-Systemen” der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) erstellt.     

Neue klinische Anwendungen der dreidimensionalen Rekonstruktion in der echographischen Diagnostik

Die Verwendung der Ultraschalltechnik als bildgebendes Verfahren geh?rt in den unterschiedlichsten Bereichen der Medizin zur klinischen Routine. In den letzten Jahren sind sowohl bei der Weiterentwicklung der Echoscanner selbst als auch auf der Softwareseite im Bereich der computer-gestützten Auswertung von Ultraschalldaten enorme Fortschritte erzielt worden. Die Ergebnisse der T?tigkeiten im Sonderforschungsbereich 414 “Rechner- und sensorgestützte Chirurgie” sind bedeutsame Beispiele der Fortschritte in der klinischen Anwendung in unterschiedlichen medizinischen Fachrichtungen. Wir zeigen ein Beispiel aus der 3D-Echographie (Diagnose von Knochentumoren und ihren Auswirkungen auf das umgebende Weichgewebe) und zwei Beispiele aus der Echokardiographie (Vermessung von Herzklappenringen und Diagnose von Herzklappeninsuffizienzen durch Volumetrie und Visualisierung). Die echokardiographischen Anwendungen unterscheiden sich dabei hinsichtlich der verwendeten Ultraschallinformation. W?hrend für die Vermessung von Herzklappenringen die morphologische Information aus den Backscatterdaten gewonnen wird, wird bei der Bestimmung von Flu?volumen auf die Dopplerdaten zurückgegriffen.     

DNA-Computing – ein funktionales Modell im laborpraktischen Experiment

Zusammenfassung.   Im Zentrum der Betrachtungen zum DNA-Computing steht die Frage nach den Chancen und Grenzen dieses neuen Berechnungsmodells, nachdem in den letzten Jahren eine rasante Entwicklung auf das Thema aufmerksam machte. Neben beachtlichen theoretischen Untersuchungen zum “Rechnen im Reagenzglas” werden auch laborpraktische Implementierungen favorisiert. An der TU Dresden wurde in interdisziplin?rer Arbeit ein Integer-Rucksackproblem mittels eines DNA-Algorithmus im Labor gel?st und dabei eine Vielzahl molekularbiologischer Operationen analysiert. Mit Hilfe dieses Satzes von Operationen gelang eine universelle und labornahe Modellierung des DNA-Computing. Hierbei angewandte Techniken und Methoden werden vorgestellt und bewertet. Die Beschreibung des DNA-Algorithmus zeigt, wie sich Einzeloperationen vorteilhaft zu Operationsfolgen zusammensetzen lassen und gemeinsam mit einer geeigneten DNA-Kodierung der Eingangsdaten zur L?sung des Problems im Labor führen. Erstmalig wurden hierbei natürliche Zahlen verarbeitet. Die Arbeitsgemeinschaft DNA-Computing Dresden konzentriert sich auf Aufgabenstellungen, die formale Modelle des DNA-Computing mit überzeugenden Laborimplementierungen verbinden. Eingegangen am 14. Februar 2000 / Angenommen am 26. Oktober 2000     

Robuste Indizes für Projection Pursuit

Zusammenfassung.   Die moderne und hoch komplexe Fertigung, z.B. in der Halbleiterindustrie, erfordert für die dabei anfallenden Messdaten der Anlagen- bzw. Prozessparameter multivariate Analysemethoden. Eine dieser m?glichen Analysemethoden ist Projection Pursuit (PP). Dieses Verfahren ist durch geschickte Wahl des so genannten Projektionsindex in der Lage, verschiedenste Datencharakteristika zu detektieren und diese auf anschauliche Weise zu visualisieren. Bei den Projektionsindizes handelt es sich um Funktionen, die eine Projektion auf unterschiedliche Merkmale hin bewerten und dabei jeder Projektion einen Funktionswert zuweisen. Dieser Funktionswert spiegelt die Aussagekraft der Projektion (in Abh?ngigkeit vom verwendeten Index) wider. Die Auswahl bzw. der Aufbau dieser Indizes ist hierbei von entscheidender Bedeutung. Alle hier vorgestellten Indizes zeichnen sich vor allem durch ihren robusten Charakter gegenüber durch Ausrei?er kontaminierte Daten, wie sie in realen Datenszenarien vorkommen, aus. Die durch Anwendung dieser Indizes gewonnenen Einblicke in die komplexe Struktur der Daten erm?glichen es, hochdimensionale Parameterabweichungen und komplexe Zusammenh?nge innerhalb der Daten zu finden. Eingegangen am 11. Februar 2002 / Angenommen am 14. Mai 2002     

I-centric Communications

Zusammenfassung.   Kommunikationsumgebungen und die damit verbundenen Datenverarbeitungsprozesse werden von Tag zu Tag komplexer. Nur der hochqualifizierte Systemtechniker durchschaut noch die Prozesse, die sich hinter heutigen Kommunikationssystemen verstecken. Der Anwender bleibt zunehmend auf der Strecke. Um diesem Prozess entgegenzuwirken, wurde am Lehrstuhl für Offene Kommunikationssysteme der TU Berlin eine Plattform entwickelt, die „I-centric Communications” unterstützt. Die Plattform stellt bei der Bearbeitung von Aufgaben nicht die Technik sondern Dienstpr?ferenzen der Benutzer in den Mittelpunkt. In diesem Papier werden die Idee „I-centric Communications” und die entwickelte I-centric-Plattform vorgestellt. Auf Basis der entwickelten Plattform realisierte Anwendungen und Dienste schlie?en das Papier ab. Eingegangen am 30. Januar 2001 / Angenommen am 3. Juli 2001     

Effiziente Vertr?glichkeitsprüfung und automatische Migration von Workflow-Instanzen bei der Evolution von Workflow-Schemata

Sollen Workflow-Management-Systeme (WfMS) in umfassender Weise für die rechnerbasierte Verwaltung und Steuerung von Gesch?ftsprozessen einsetzbar sein, müssen die von ihnen verwalteten Workflow-Schemata und -Instanzen bei Bedarf rasch anpassbar sein. Dabei müssen die auf Basis eines (alten) Workflow-Schemas erzeugten Instanzen auch nach dessen ?nderung ungest?rt weiterlaufen k?nnen, etwa durch Bereitstellung geeigneter Versionskonzepte. Sehr viel schwieriger wird es, wenn die angewandten Schema?nderungen – wo gewünscht und m?glich – auch auf die bereits (vielleicht in gro?er Zahl) laufenden Workflow-Instanzen übertragen werden sollen. Dies bei Bedarf zu k?nnen – und zwar ohne Inkonsistenzen oder Fehler zu verursachen – ist aber ungemein wichtig, wenn ein WfMS breit und flexibel einsetzbar sein soll. In diesem Beitrag wird ein Ansatz zur effizienten Prüfung der Vertr?glichkeit von Workflow-Instanzen mit einem ge?nderten Workflow-Schema vorgestellt. Durch Einbeziehung aller Beschreibungskonstrukte (z.B. auch Schleifen und Datenflüsse) und damit zusammenh?ngender Fragestellungen wird darüber hinaus zum ersten Mal die Grundlage für ein umfassendes ?nderungsmanagement geschaffen. Au?erdem wird aufgezeigt, wie der Benutzer bei der Migration vertr?glicher Instanzen auf das neue Schema konkret unterstützt werden kann.     

Entwurf und Implementierung eines SQL-normkonformen Datenbankkatalogs für ein relationales Datenbankmanagementsystem

Bei relationalen Datenbanksystemen haben sich de-jure-Normen für SQL stetig weiterentwickelt; mit diesen Normen wird es einfacher, portable Datenbankanwendungen zu entwickeln. Die SQL-Norm ruht auf zwei S?ulen, zum einen auf der Datenbanksprache SQL, zum anderen auf einer Vorgabe eines Datenbankkatalogs, welcher die gespeicherten Daten beschreiben soll. Im vorliegenden Beitrag wird derjenige Teilbereich des Datenbankkatalogs der aktuellen SQL99-Norm dargestellt, der bereits in der SQL92-Norm (ISO/IEC 9075:1992 bzw. DIN 66315) definiert ist und die klassischen (nicht objektrelationalen) Elemente einer relationalen Datenbank beschreibt. In dieser Darstellung nimmt der zweischichtige Spezifikationsansatz (Informationsschema, Definitionsschema) einigen Raum ein; mit seiner Hilfe weist SQL einen eleganten Weg, auf dem existierende Datenbanksysteme normkonforme Datenbankkataloge bereitstellen k?nnen. Anhand des Datenbankmanagementsystems DB2 wird anschlie?end untersucht, wie ein normkonformer Datenbankkatalog (das sogenannte Informationsschema) „oberhalb” des verfügbaren DB2-Katalogs realisiert werden kann, d. h. wie die vom Informationsschema geforderten Sichten auf DB2-Katalogtabellen abgebildet werden k?nnen. Auf generelle Schwierigkeiten und M?glichkeiten einer solchen Abbildung (ein- oder zweistufig) wird ebenso eingegangen wie auf Probleme, die sich speziell bei DB2 ergeben. In einer prototypischen Realisierung konnte das Informationsschema bis auf wenige Einschr?nkungen komplett umgesetzt werden. Damit wurde die Machbarkeit normkonformer Kataloge nachgewiesen. In heute verfügbaren DBMS-Produkten sind Datenbankkataloge in dieser konsequent normkonformen Gestalt leider immer noch nicht anzutreffen.     

Ankopplung heterogener Anwendungssysteme an F?derierte Datenbanksysteme durch Funktionsintegration

Zusammenfassung. Mit der zunehmenden Zahl an Anwendungssystemen, welche Datenbank und zugeh?rige Anwendung kapseln, ist die reine Datenintegration nicht mehr ausreichend. Stattdessen k?nnen die Daten des Anwendungssystems nur noch über vordefinierte Funktionen abgefragt werden. Sollen Daten und Funktionen integriert werden, so ist eine Kombination von deklarativen Anfragen und dem Zugriff auf Funktionen erforderlich. In diesem Aufsatz stellen wir einen Middleware-Ansatz vor, der diese erweiterte und neuartige Form der Integration unterstützt. Hierzu werden zun?chst die Probleme der Funktionsintegration er?rtert und eine Spezifikationssprache eingeführt, die f?derierte Funktionen zu bilden und diese mehreren lokalen Funktionen der zu integrierenden Anwendungssysteme zuzuordnen erlaubt. Anschlie?end zeigen wir, wie die zugeh?rige Ausführungskomponente – in unserem Fall ein Workflow-Managementsystem – an ein F?deriertes Datenbanksystem mittels eines Wrappers gekoppelt wird, um die Integration von Daten und Funktionen zu erm?glichen. Dabei wird die zu unterstützende Funktionalit?t innerhalb des Wrappers sowie deren Auswirkungen auf die Anfrageverarbeitung als auch das zugeh?rige Kostenmodell untersucht. Abschlie?end wird ein Eindruck von der Performanz der vorgestellten Architektur vermittelt. Eingegangen am 19. Februar 2002 / Angenommen am 31. Mai 2002     

Elektronische Vertr?ge und ihre verbindliche Aushandlung Ein formales Modell für verbindliche Telekooperation

Dieser Artikel erarbeitet eine formale Bestimmung der Begriffe “elektronischer Vertrag”, seine “Ziele”, “Verpflichtungen” und seine “verbindliche Aushandlungsphase”. Die hier erarbeiteten Begriffe dienen erstens der Spezifikation elektronischer Vertr?ge und zweitens der Verifikation lokaler Implementationen von elektronischen Vertragskooperationen. Besonders behandelt werden die lokale Darstellungen von Vertr?gen und ihre vermittelnde Kommunikation, mehrfache sowie sich überlappende Durchl?ufe durch eine verbindliche Phase und die Rolle von Beweismitteln. Die Begriffe beruhen auf der Theorie der formalen Sprachen bzw. der Automaten. Sie werden an einem einfachen Beispiel einer bilateralen Auftragskooperation demonstriert.     

Ein Fuzzy-Rechercheassistent für bibliographische Datenbanken

Dadurch, dass Literaturnachweise und Publikationen zunehmend in elektronischer und auch vernetzter Form angeboten werden, haben Anzahl und Größe der von wissenschaftlichen Bibliotheken angebotenen Datenbanken erheblich zugenommen. In den verbreiteten Metasuchen über mehrere Datenbanken sind Suchen mit natürlichsprachlichen Suchbegriffen heute der kleinste gemeinsame Nenner. Sie führen aber wegen der bekannten Mängel des booleschen Retrievals häufig zu Treffermengen, die entweder zu speziell oder zu lang und zu unspezifisch sind. Die Technische Fakultät der Universität Bielefeld und die Universitätsbibliothek Bielefeld haben einen auf Fuzzy- Suchlogik basierenden Rechercheassistenten entwickelt, der die Suchanfragen der Benutzer in Teilsuchfragen an die externen Datenbanken zerlegt und die erhaltenen Teilsuchergebnisse in einer nach Relevanz sortierten Liste kumuliert. Es ist möglich, Suchbegriffe zu gewichten und durch Fuzzy- Aggregationsoperatoren zu verknüpfen, die auf der Benutzeroberfläche durch natürlichsprachliche Fuzzy-Quantoren wie möglichst viele, einige u.a. repräsentiert werden. Die Suchparameter werden in der intuitiv bedienbaren einfachen Suche automatisch nach heuristischen Regeln ermittelt, können in einer erweiterten Suche aber auch explizit eingestellt werden. Die Suchmöglichkeiten werden durch Suchen nach ähnlichen Dokumenten und Vorschlagslisten für weitere Suchbegriffe ergänzt. Wir beschreiben die Ausgangssituation, den theoretischen Ansatz, die Benutzeroberfläche und berichten über eine Evalution zur Benutzung und einen Vergleichstest betreffend die Effizienz der Retrievalmethodik.     

Ein Fuzzy-Rechercheassistent für bibliographische Datenbanken

Zusammenfassung. Dadurch, dass Literaturnachweise und Publikationen zunehmend in elektronischer und auch vernetzter Form angeboten werden, haben Anzahl und Größe der von wissenschaftlichen Bibliotheken angebotenen Datenbanken erheblich zugenommen. In den verbreiteten Metasuchen über mehrere Datenbanken sind Suchen mit natürlichsprachlichen Suchbegriffen heute der kleinste gemeinsame Nenner. Sie führen aber wegen der bekannten Mängel des booleschen Retrievals häufig zu Treffermengen, die entweder zu speziell oder zu lang und zu unspezifisch sind. Die Technische Fakultät der Universität Bielefeld und die Universitätsbibliothek Bielefeld haben einen auf Fuzzy- Suchlogik basierenden Rechercheassistenten entwickelt, der die Suchanfragen der Benutzer in Teilsuchfragen an die externen Datenbanken zerlegt und die erhaltenen Teilsuchergebnisse in einer nach Relevanz sortierten Liste kumuliert. Es ist möglich, Suchbegriffe zu gewichten und durch Fuzzy- Aggregationsoperatoren zu verknüpfen, die auf der Benutzeroberfläche durch natürlichsprachliche Fuzzy-Quantoren wie möglichst viele, einige u.a. repräsentiert werden. Die Suchparameter werden in der intuitiv bedienbaren einfachen Suche automatisch nach heuristischen Regeln ermittelt, können in einer erweiterten Suche aber auch explizit eingestellt werden. Die Suchmöglichkeiten werden durch Suchen nach ähnlichen Dokumenten und Vorschlagslisten für weitere Suchbegriffe ergänzt. Wir beschreiben die Ausgangssituation, den theoretischen Ansatz, die Benutzeroberfläche und berichten über eine Evalution zur Benutzung und einen Vergleichstest betreffend die Effizienz der Retrievalmethodik.CR Subject Classification: H.3.3, H.3.5Eingegangen am 3. März 2004 / Angenommen am 19. August 2004, Online publiziert am 18. Oktober 2004     

Interoperabilit?t für Informationssysteme im Gesundheitswesen auf Basis medizinischer Standards

Eine Vernetzung der Dienstleister im Gesundheitswesen wird aus Effizienzgründen immer wichtiger. Schwierigkeiten bereitet jedoch die Interoperabilität, womit die korrekte Kommunikation von beteiligten Softwaresystemen verschiedener Herkunft gemeint ist. Dieser Beitrag konzentriert sich auf die Interoperabilitätsproblematik auf der Ebene der Anwendungsarchitekturen. Mit Hilfe von Standards und Integrationstechniken bemühen sich verschiedene Lösungsansätze die Heterogenität zu überwinden, die einer umfassenden Interoperabilität im Wege steht. Die Frage, die sich uns in diesem Zusammenhang nun stellt ist, ob diverse Standards im Gesundheitswesen sinnvoll kombiniert werden können bzw. zwischen ihnen vermittelt werden kann. In diesem Artikel stellen wir die Grundzüge einer Architektur vor, die auf der Basis von Standards eine institutionsübergreifende Interoperabilität im Gesundheitswesen ermöglichen soll. Die Strukturen der relevanten Standards werden einheitlich als Instanzen des Meta-Object Facility (MOF) spezifiziert und dann geeignet zueinander in Beziehung gesetzt. Die resultierenden Modelle und Metamodelle bilden einen Leitfaden zur Strukturanalyse der Standards und helfen so beim Entwurf der Transformationen zwischen den verschiedenen Standards. Architektur und Metamodelle dienen als Grundlage für eine prototypische Implementierung am Beispiel des Epidemiologischen Krebsregisters Niedersachsen zur Evaluation des vorgestellten Konzeptes.     

Genauigkeit von Aufwandssch?tzungen in Reengineering-Projekten – Erfahrungen aus einer Sprachumstellung von Assembler nach COBOL

Die Sch?tzung des Aufwands für die Erstellung oder die überarbeitung von grossen Softwaresystemen stellt immer noch ein betr?chtliches Risiko dar. Dieses versch?rft sich noch weiter, wenn wie im vorliegenden Fall das Projekt auf Festpreisbasis, d.h. ohne M?glichkeit zu Budgetnachforderungen w?hrend des Projekts selbst, abzuwickeln ist. Dieser Beitrag beschreibt die Erfahrungen mit der Sch?tzung und vor allem der Nutzung der detailliert ermittelten Produktivit?tsmasse in einem grossen Konversionsprojekt, bei dem 350 Assembler-Programme aus dem Wertpapierbereich einer Bankorgansiation mit unver?nderter Funktionalit?t nach COBOL zu konvertieren waren. Dabei wurden w?hrend des Projekts die bereits vorliegenden Produktivit?tszahlen genutzt, um neben einer weiteren Optimierung der Verfahren und Abl?ufe auch die Sch?tzung bez. der noch zu bearbeitenden Arbeitspakete weiter zu verbessern. Es hat sich auch in diesem Projekt gezeigt, dass auch einfachere Sch?tzans?tze tragen, wenn sie denn auf den Erfahrungen der eigenen Projektorganisation basieren. Allgemeine algorithmische Ans?tze sind zwar als grober Anhaltspunkt brauchbar, ersetzen aber nicht die eigenen Zahlenbasen. Diese in jedem Projekt immer wieder konsequent und detailliert zu ermitteln, bleibt die vorrangige Aufgabe zur Unterstützung der Sch?tzung weiterer Projekte.     

Forschungs- und Entwicklungsprojekte Virtuelle Maschinen: zSeries- und S/390-Partitionierung

Der gleichzeitige Betrieb mehrerer Gast-Betriebssysteme auf einem einzigen physischen Rechner unter einem Host-Betriebssystem ist eine leistungsfähige moderne Entwicklung. Bekannte Beispiele sind VMware für die IA32-Architektur sowie das Betriebssystem z/VM und die PR/SM-LPAR Einrichtungen der zSeries-Architektur. Die Nutzung eines Betriebssystems als Gast bedingt einen Leistungsverlust. Die als Partitionierung bezeichnete Zuordnung von Systemressourcen zu den einzelnen Gast-Betriebssysteme ist schwierig, wenn eine dynamische Anpassung an sich ändernde Lastprofile erforderlich ist. Diese Probleme lassen sich mittels Erweiterungen der Hardwarearchitektur adressieren, sowie durch Softwarestrukturen, welche diese Erweiterungen nutzen. Die Erweiterungen der Hardwarearchitektur gehen über das hinaus, was auf heutigen Rechnerarchitekturen wie IA32 oder Mips verfügbar ist. Der vorliegende Beitrag erläutert den optimalen Betrieb von Gast-Betriebssystemen und die begleitenden Partitionierungsmöglichkeiten auf der zSeries-Plattform und beschreibt die zusätzlichen Hardware- und Software-Einrichtungen, welche dies ermöglichen.     

Evolution?rer Test von Realzeitsystemen

Zusammenfassung.   Die Entwicklung von Realzeitsystemen ist eine wesentliche Aufgabe im industriellen Umfeld. Der dynamische Test ist die wichtigste analytische Qualit?tssicherungsmethode für Realzeitsysteme. Der dynamische Test ist das einzige Verfahren, mit dem das Laufzeitverhalten der Systeme in der tats?chlichen Einsatzumgebung überprüft werden kann. Bestehende Testmethoden konzentrieren sich weitgehend auf den Test des funktionalen Verhaltens von Systemen. Sie bieten keine besondere Unterstützung für den Test des zeitlichen Verhaltens. Für die Korrektheit von Realzeitsystemen sind jedoch beide Aspekte gleicherma?en wichtig. Folglich müssen die bestehenden Methoden um neue Ans?tze erg?nzt werden, die auf die Prüfung des zeitlichen Verhaltens spezialisiert sind. Ein Fehler im Zeitverhalten von Realzeit-Systemen liegt dann vor, wenn es zul?ssige Eingabesituationen gibt, für die das System nicht in der Lage ist, die spezifizierten zeitlichen Anforderungen zu erfüllen. In den meisten F?llen ist dies darauf zurückzuführen, da?das System eine Ausgabe zu früh macht oder da?die Berechnung einer Ausgabe zu lange dauert und diese daher zu sp?t erfolgt. Aufgabe des Testers ist es folglich, die Eingabesituationen mit den l?ngsten und kürzesten Ausführungszeiten zu finden, um zu überprüfen, ob die für das System spezifizierten Zeitschranken verletzt werden. Wird die Suche nach entsprechenden Eingabesituationen als Optimierungsproblem interpretiert, dann k?nnen evolution?re Algorithmen verwendet werden, um die Eingaben mit den l?ngsten und kürzesten Ausführungszeiten automatisch zu suchen. Die zu optimierende Zielfunktion entspricht hierbei den gemessenen Ausführungszeiten, die generierten Individuen repr?sentieren Testdaten. Die Verwendung evolution?rer Algorithmen für den Test nennen wir evolution?ren Test. Zum Vergleich des evolution?ren Tests mit anderen Testmethoden wurden in dieser Arbeit mehrere Experimente durchgeführt. In allen Experimenten erreicht der evolution?re Test l?ngere bzw. kürzere Ausführungszeiten als durch Zufallstests oder systematische Tests gefunden werden. Der evolution?re Test erscheint daher als gut geeignet für die Prüfung der zeitlichen Korrektheit von Realzeitsystemen. Die Kombination des evolution?ren Tests mit systematischen Tests kann die Testqualit?t weiter verbessern und wird in diesem Papier als Teststrategie für Realzeitsysteme empfohlen. Eingegangen am 14. Dezember 1999 / Angenommen am 30. Mai 2000     

Die Multimediaf?higkeit von mehrf?dig superskalaren Prozessoren am Beispiel der MPEG-2-Decodierung

Zusammenfassung. In der vorliegenden Arbeit wird ein mehrf?dig superskalarer Prozessor im Hinblick auf Multimediaverarbeitung entworfen und mit einem Multimediaprogramm als Last getestet. Neu ist hierbei die Kombination von Multimediabefehlen mit der mehrf?digen Prozessortechnik und deren Evaluierung mit einer realistischen Last aus dem Multimediabereich. Diese Last besteht aus einem handoptimierten MPEG-2-Video-Decodierungsalgorithmus, der nicht nur intensiv Multimediabefehle, sondern durch kooperative Mehrf?digkeit auch grobk?rnige Parallelit?t nutzt. Verschiedene Konfigurationen des vorgeschlagenen Prozessors werden untersucht, um potentielle Flaschenh?lse zu identifizieren und soweit m?glich zu eliminieren. Es zeigt sich, dass ein mehrf?dig superskalarer Prozessor mit Multimediaerweiterungen in der Lage ist, einen um einen Faktor drei h?heren IPC-Wert (Instructions per Cycle) zu erreichen als ein gleichwertiger Superskalarprozessor, der nur einen Kontrollfaden gleichzeitig ausführt. Eingegangen am 4. April 2000 / Angenommen am 26. Juli 2000     

Robuste Indizes für Projection Pursuit

Die moderne und hoch komplexe Fertigung, z.B. in der Halbleiterindustrie, erfordert für die dabei anfallenden Messdaten der Anlagen- bzw. Prozessparameter multivariate Analysemethoden. Eine dieser m?glichen Analysemethoden ist Projection Pursuit (PP). Dieses Verfahren ist durch geschickte Wahl des so genannten Projektionsindex in der Lage, verschiedenste Datencharakteristika zu detektieren und diese auf anschauliche Weise zu visualisieren. Bei den Projektionsindizes handelt es sich um Funktionen, die eine Projektion auf unterschiedliche Merkmale hin bewerten und dabei jeder Projektion einen Funktionswert zuweisen. Dieser Funktionswert spiegelt die Aussagekraft der Projektion (in Abh?ngigkeit vom verwendeten Index) wider. Die Auswahl bzw. der Aufbau dieser Indizes ist hierbei von entscheidender Bedeutung. Alle hier vorgestellten Indizes zeichnen sich vor allem durch ihren robusten Charakter gegenüber durch Ausrei?er kontaminierte Daten, wie sie in realen Datenszenarien vorkommen, aus. Die durch Anwendung dieser Indizes gewonnenen Einblicke in die komplexe Struktur der Daten erm?glichen es, hochdimensionale Parameterabweichungen und komplexe Zusammenh?nge innerhalb der Daten zu finden.     

Virtuelle Universit?t

Zusammenfassung.   Im Projekt „Virtuelle Universit?t“ an der FernUniversit?t Hagen wird eine netzbasierte Universit?tsumgebung entwickelt, die s?mtliche Funktionen einer Universit?t in integrierter Form über elektronische Kommunikationsnetze verfügbar macht. Der Ansatz bietet eine v?llig neue Qualit?t flexiblen, bedarfsorientierten und dennoch betreuten Lernens. Das Projekt wird seit Mitte 1996 durch das Land Nordrhein-Westfalen sowie durch Sachspenden der Firmen Oracle, Sun Microsystems und Sybase gef?rdert. Seit dem Wintersemester 1996/97 wird die Virtuelle Universit?t im praktischen Betrieb auf Grundlage eines ersten Prototypen mit Studierenden der FernUniversit?t und im Rahmen von Industrieveranstaltungen erprobt.