A learning optimizer for a federated database management system

Zusammenfassung Anfrageoptimierer in modernen Datenbanksystemen (DBS) verwenden ein Kostenmodell, um für eine Anfrage einen effizienten Zugriffsplan aus der Menge aller m?glichen Zugriffspl?ne auszuw?hlen. Die Genauigkeit, mit der diese Kosten gesch?tzt werden, h?ngt stark davon ab, wie genau Statistiken über die Datenverteilung die ihnen zugrunde liegenden Daten modellieren. Veraltete Statistiken, oder ungültige Annahmen im statistischen Modell, führen h?ufig zur Auswahl suboptimaler Zugriffspl?ne und dadurch zu Defiziten bei der Ausführungsgeschwindigkeit von Datenbankanfragen. F?derierte Systeme müssen auf dem koordinierenden DBS Statistiken über verteilte Daten unterhalten, um effiziente Zugriffspl?ne zu entwickeln, wenn Daten aus verschiedenen Datenquellen zusammengeführt werden. Fehlerhafte Statistiken verursachen in diesem Fall schlechte Lastenverteilung sowie zus?tzlichen Kommunikationsaufwand und Netzlast. Die Synchronisation dieser zus?tzlichen Statistiken mit den Statistiken der entfernten Datenquellen ist problematisch, da Datenquellen v?llig unabh?ngig voneinander sind und ihre Statistiken eventuell nicht externalisieren oder inkompatible bzw. andere statistische Modelle verwenden als das koordinierende DBS. Im folgenden zeigen wir eine Erweiterung der Feedback-Schleife von DB2s lernendem Optimierer (LEO) auf f?derierte Architekturen, die es LEO erm?glicht, automatisch Statistiken über Daten auf entfernten Datenquellen zu lernen und zu verwalten. Wir diskutieren mehrere M?glichkeiten, Feedback für f?derierte Anfragen zu erhalten und stellen einen L?sung vor, die lokales Feedback verwendet, und einen Stichprobenprozess (statistical sampling) zu steuren, der die ben?tigten entfernten Daten basierend auf dem Feedback effizient ermittelt. Mittels einer detaillierten Leistungsanalyse der vorgestellten M?glichkeiten im Rahmen einer Fallstudie belegen wir, dass der potenzielle Geschwindigkeitszuwachs für Datenbankanfragen sehr hoch ist, w?hrend die Zusatzbelastung durch LEO in moderaten Grenzen liegt. CR Subject Classification H.2.4,H.2.5,D.3.4     

A learning optimizer for a federated database management system

Anfrageoptimierer in modernen Datenbanksystemen (DBS) verwenden ein Kostenmodell, um für eine Anfrage einen effizienten Zugriffsplan aus der Menge aller m?glichen Zugriffspl?ne auszuw?hlen. Die Genauigkeit, mit der diese Kosten gesch?tzt werden, h?ngt stark davon ab, wie genau Statistiken über die Datenverteilung die ihnen zugrunde liegenden Daten modellieren. Veraltete Statistiken, oder ungültige Annahmen im statistischen Modell, führen h?ufig zur Auswahl suboptimaler Zugriffspl?ne und dadurch zu Defiziten bei der Ausführungsgeschwindigkeit von Datenbankanfragen. F?derierte Systeme müssen auf dem koordinierenden DBS Statistiken über verteilte Daten unterhalten, um effiziente Zugriffspl?ne zu entwickeln, wenn Daten aus verschiedenen Datenquellen zusammengeführt werden. Fehlerhafte Statistiken verursachen in diesem Fall schlechte Lastenverteilung sowie zus?tzlichen Kommunikationsaufwand und Netzlast. Die Synchronisation dieser zus?tzlichen Statistiken mit den Statistiken der entfernten Datenquellen ist problematisch, da Datenquellen v?llig unabh?ngig voneinander sind und ihre Statistiken eventuell nicht externalisieren oder inkompatible bzw. andere statistische Modelle verwenden als das koordinierende DBS. Im folgenden zeigen wir eine Erweiterung der Feedback-Schleife von DB2s lernendem Optimierer (LEO) auf f?derierte Architekturen, die es LEO erm?glicht, automatisch Statistiken über Daten auf entfernten Datenquellen zu lernen und zu verwalten. Wir diskutieren mehrere M?glichkeiten, Feedback für f?derierte Anfragen zu erhalten und stellen einen L?sung vor, die lokales Feedback verwendet, und einen Stichprobenprozess (statistical sampling) zu steuren, der die ben?tigten entfernten Daten basierend auf dem Feedback effizient ermittelt. Mittels einer detaillierten Leistungsanalyse der vorgestellten M?glichkeiten im Rahmen einer Fallstudie belegen wir, dass der potenzielle Geschwindigkeitszuwachs für Datenbankanfragen sehr hoch ist, w?hrend die Zusatzbelastung durch LEO in moderaten Grenzen liegt.     

Kieferchirurgische Operationsplanung mit Hilfe von Techniken der virtuellen Realit?t

Für ein vollst?ndig computergestütztes Planungssystem zum Zwecke der kieferchirurgischen Operationsplanung ist die Bereitstellung von virtuellen Werkzeugen für den Chirurgen eine grundlegende Voraussetzung. Ausgehend von den Volumendaten mit Sch?del- und Kieferknochen des Patienten erm?glicht ein einfaches Interface unter Verwendung einer geeigneten Visualisierung und haptischer Eingabeger?te die interaktive Definition und Manipulation einzelner virtueller Knochensegmente. Wir haben moderne kraftrückgekoppelte Ger?te aus dem Niedrigpreisbereich eingebunden und auf ihre F?higkeit untersucht, das dreidimensionale Verst?ndnis im Planungsproze?durch Anlehnung an die Vorg?nge bei der chirurgischen Prozedur zu erh?hen. Durch diese Eingabeger?te ist es m?glich, die Knochensegmentierung für eine Osteotomie des Unterkiefers intuitiver und schneller durchzuführen. Die definierten Teilvolumina ergeben zusammen mit ihrer r?umlichen Neuanordnung auf Grundlage einer kephalometrischen Analyse einen Operationsplan. Nach erfolgter Planung werden die Planungsergebnisse in den Operationssaal übertragen. Die intraoperativen Techniken beinhalten die Visualisierung der Planungsergebnisse, die Steuerung der Anwendung über Sprache und die Bestimmung der Patientenposition mittels eines elektromagnetischen 3D-Trackingsystems.     

Das MINERVA-Projekt: Datenbankselektion für Peer-to-Peer-Websuche

Zusammenfassung In diesem Artikel wird MINERVA pr?sentiert, eine prototypische Implementierung einer verteilten Suchmaschine basierend auf einer Peer-to-Peer (P2P)-Architektur. MINERVA setzt auf die in der P2P-Welt verbreitete Technik verteilter Hash-Tabellen auf und benutzt diese zum Aufbau eines verteilten Verzeichnisses. Peers in unserem Ansatz entsprechen v?llig autonomen Benutzern mit ihren lokalen Suchm"oglichkeiten, die bereit sind, ihr lokales Wissen und ihre lokalen Suchm?glichkeiten im Rahmen einer Kollaboration zur Verfügung zu stellen. Wir formalisieren unsere Systemarchitektur und beschreiben das zentrale Problem einer effizienten Suche nach vielversprechenden Peers für eine konkrete Anfrage innerhalb des Verbundes. Wir greifen dabei auf existierende Methoden zurück and passen diese an unseren Systemkontext an. Wir pr?sentieren Experimente auf realen Daten, die verschiedene dieser Ans?tze vergleichen. Diese Experimente zeigen, dass die Qualit?t der Ans?tze variiert und untermauern damit die Wichtigkeit und den Einfluss einer leistungsstarken Methode zur Auswahl guter Datenbanken. Unsere Experimente deuten an, dass eine geringe Anzahl sorgf?ltig ausgew?hlter Datenbanken typischerweise bereits einen Gro?teil aller relevanten Ergebnisse des Gesamtsystems liefert.

---

This paper presents the MINERVA project that protoypes a distributed search engine based on P2P techniques. MINERVA is layered on top of a Chord-style overlay network and uses a powerful crawling, indexing, and search engine on every autonomous peer. We formalize our system model and identify the problem of efficiently selecting promising peers for a query as a pivotal issue. We revisit existing approaches to the database selection problem and adapt them to our system environment. Measurements are performed to compare different selection strategies using real-world data. The experiments show significant performance differences between the strategies and prove the importance of a judicious peer selection strategy. The experiments also present first evidence that a small number of carefully selected peers already provide the vast majority of all relevant results.

CR Subject Classification H.4,H.3.3,H3.4     

Kieferchirurgische Operationsplanung mit Hilfe von Techniken der virtuellen Realit?t

Zusammenfassung.   Für ein vollst?ndig computergestütztes Planungssystem zum Zwecke der kieferchirurgischen Operationsplanung ist die Bereitstellung von virtuellen Werkzeugen für den Chirurgen eine grundlegende Voraussetzung. Ausgehend von den Volumendaten mit Sch?del- und Kieferknochen des Patienten erm?glicht ein einfaches Interface unter Verwendung einer geeigneten Visualisierung und haptischer Eingabeger?te die interaktive Definition und Manipulation einzelner virtueller Knochensegmente. Wir haben moderne kraftrückgekoppelte Ger?te aus dem Niedrigpreisbereich eingebunden und auf ihre F?higkeit untersucht, das dreidimensionale Verst?ndnis im Planungsproze?durch Anlehnung an die Vorg?nge bei der chirurgischen Prozedur zu erh?hen. Durch diese Eingabeger?te ist es m?glich, die Knochensegmentierung für eine Osteotomie des Unterkiefers intuitiver und schneller durchzuführen. Die definierten Teilvolumina ergeben zusammen mit ihrer r?umlichen Neuanordnung auf Grundlage einer kephalometrischen Analyse einen Operationsplan. Nach erfolgter Planung werden die Planungsergebnisse in den Operationssaal übertragen. Die intraoperativen Techniken beinhalten die Visualisierung der Planungsergebnisse, die Steuerung der Anwendung über Sprache und die Bestimmung der Patientenposition mittels eines elektromagnetischen 3D-Trackingsystems. Eingegangen am 27. April 2000 / Angenommen am 21. Februar 2001     

Text-Retrieval mit einem relationalen Datenbank-Management-System

Zusammenfassung.   Wir untersuchen Techniken des Text-Retrievals mit relationalen Datenbanken. Den Tests zum Booleschen Retrieval liegen reale Bibliotheksdaten und Bibliothekarsanfragen zugrunde. Es werden drei Realisierungen mittels SQL miteinander verglichen, von denen der Nested Loops Join mit vorsortierter Wortfolge am besten abschneidet. Dessen Effizienz beruht auf den signifikant unterschiedlichen Vorkommensh?ufigkeiten der Anfragew?rter. Um diese Beobachtung auch bei einer Implementierung mit komprimierten Bitlisten effizienzsteigernd zu nutzen, wird eine zus?tzliche Zugriffsstruktur für Lookup-Operationen in den Bitlisten aufgebaut. Im Gegensatz zum Booleschen Retrieval zeigt sich beim Retrieval mit Ranking, da? eine Ergebnisberechnung mittels eines geschlossenen SQL-Ausdrucks einer L?sung, die im Anwendungsprogramm die invertierten Listen durchl?uft und zu einem Ranking kombiniert, hinsichtlich der Effizienz unterlegen ist. Als Grundlage für Abbruchheuristiken wird hier au?erdem eine Indexstruktur aufgebaut, die den Zugriff auf invertierte Listen sortiert nach Within-Document-Frequencies erlaubt. Eingegangen am 12. M?rz 1998 / Angenommen am 31. Oktober 1998     

Das MINERVA-Projekt: Datenbankselektion für Peer-to-Peer-Websuche

In diesem Artikel wird MINERVA pr?sentiert, eine prototypische Implementierung einer verteilten Suchmaschine basierend auf einer Peer-to-Peer (P2P)-Architektur. MINERVA setzt auf die in der P2P-Welt verbreitete Technik verteilter Hash-Tabellen auf und benutzt diese zum Aufbau eines verteilten Verzeichnisses. Peers in unserem Ansatz entsprechen v?llig autonomen Benutzern mit ihren lokalen Suchm"oglichkeiten, die bereit sind, ihr lokales Wissen und ihre lokalen Suchm?glichkeiten im Rahmen einer Kollaboration zur Verfügung zu stellen. Wir formalisieren unsere Systemarchitektur und beschreiben das zentrale Problem einer effizienten Suche nach vielversprechenden Peers für eine konkrete Anfrage innerhalb des Verbundes. Wir greifen dabei auf existierende Methoden zurück and passen diese an unseren Systemkontext an. Wir pr?sentieren Experimente auf realen Daten, die verschiedene dieser Ans?tze vergleichen. Diese Experimente zeigen, dass die Qualit?t der Ans?tze variiert und untermauern damit die Wichtigkeit und den Einfluss einer leistungsstarken Methode zur Auswahl guter Datenbanken. Unsere Experimente deuten an, dass eine geringe Anzahl sorgf?ltig ausgew?hlter Datenbanken typischerweise bereits einen Gro?teil aller relevanten Ergebnisse des Gesamtsystems liefert.     

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     

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.     

Dynamische verteilte Objekte

Zusammenfassung.   Aus Modellierungs- und Implementationssicht ergeben sich unterschiedliche Anforderungen an das Objektmodell in verteilten Systemen. Einerseits stehen Objekteigenschaften wie Datenabstraktion, Datenkapselung, Modularit?t und Zugriffschutz im Vordergrund. Andererseits stellen sich Fragen der implementationstechnischen Umsetzung der r?umlichen und zeitlichen Entkopplung, der Parallelit?t, der Substitution, der Konstruktion und der Evolution von Objekten bzw. von Teilen eines Objektes. Letztgenannte Anforderungen resultieren aus der Verteilung und der Systemdynamik, die nicht nur verteilten Systemen eigen ist. Wir stellen in diesem Beitrag ein Konzept vor, das es erlaubt, Objekte in verteilten Systemen flexibel implementieren und konfigurieren zu k?nnen. Besonderes Gewicht legen wir auf die Unterstützung des Objektentwicklers und -implementierers, ohne auf die Modellierungsvorzüge des Objektmodells zu verzichten. Wir diskutieren die Anforderungen und leiten daraus unser Entkopplungskonzept für verteilte Objektsysteme ab. Auf der Basis der CORBA wurde ein Prototyp erstellt, der die Umsetzung dieser Anforderungen demonstriert. Eingegangen am 1. Juli 1997 / Angenommen am 6. Februar 1998     

Verteilte Metadatenverwaltung und Anfragebearbeitung für Internet-Datenquellen

Wir pr?sentieren in dieser Arbeit das ObjectGlobe-System, ein offenes und verteiltes Anfragebearbeitungssystem auf Internet-Datenquellen. ObjectGlobe erweitert die begrenzten F?higkeiten des Internets bezüglich Anfragebearbeitung, indem es einen offenen Marktplatz schafft, in dem eine Vielzahl von Anbietern Rechenzeit, Daten und Anfrageoperatoren bereitstellen. Den Schwerpunkt dieses Beitrags bildet die im Rahmen des ObjectGlobe-Projekts entwickelte Metadatenverwaltung MDV, ein verteiltes Metadaten-Management-System. Es besitzt eine 3-schichtige Architektur und unterstützt Caching und Replikation in der Mittelschicht, so dass Anfragen lokal ausgewertet werden k?nnen. Benutzer spezifizieren die Informationen, die sie ben?tigen und die repliziert werden, mit Hilfe einer besonderen Regelsprache. Um Replikate aktuell zu halten und die Replikation von neuen und relevanten Informationen anzusto?en, verwendet das MDV-System einen neuartigen Publish & Subscribe-Algorithmus. Wir beschreiben diesen Algorithmus im Detail und zeigen, wie er mit Hilfe eines normalen relationalen Datenbanksystems implementiert werden kann.     

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     

Softwaretechnische Instrumentenunterstützung für ein leistungssteuerndes HNO Navigationssystem

Durch Einsatz von Softwaretechnik k?nnen immer komplexere Funktionalit?ten in Medizinger?ten realisiert werden. In der computerunterstützten Chirurgie werden Assistenzsysteme entwickelt mit dem Ziel, die Risiken bestehender Behandlungsmethoden zu minimieren und in neue chirurgische Anwendungsbereiche vorzudringen. Um die steigende Komplexit?t solcher Systeme zu beherrschen, müssen anstelle von hardwarenahen Implementierungen Abstraktionskonzepte gefunden werden, die überschaubare Programmstrukturen und problemlose Erweiterbarkeit erm?glichen. Für das bereits klinisch evaluierte Navigationssystem FESS-Control wird mit Hilfe von bekannten Softwaretechnikmethoden ein Modell entwickelt und implementiert, das im Gegensatz zur bestehenden Implementierung die Beschreibung leistungsgesteuerter chirurgischer Instrumente auf einer abstrakten Ebene und deren sichere automatisierte Erkennung erm?glicht. FESS (functional endonasal sinus surgery) ist eine minimal invasive Behandlungsmethode für die Nase und Nebenh?hlen, bei der der Chirurg keine direkte Sicht zum Operationssitus und den Instrumenten hat. Mit dem Ziel, den Chirurgen w?hrend des Eingriffs zu unterstützen, verwendet FESS-Control eine optische Navigationskamera, um die r?umliche Lage eines Shavers bezüglich des Patienten und dessen Bilddaten w?hrend der Operation zu bestimmen. Gleichzeitig erfolgt zum Schutz sensibler Strukturen eine Leistungssteuerung des Instruments. Mit Hilfe des neuen Modells wird die Beschr?nkung des existierenden Systems, welches nur gerade Shaverans?tze navigiert, aufgehoben und die Verwendung weiterer in der medizinischen Anwendung ben?tigter Shaverans?tze erm?glicht. Die neue L?sung für das FESS-Control System ist ein überzeugendes Beispiel dafür, dass Methoden der Softwaretechnik auch in den Anwendungen der Medizintechnik gewinnbringend eingesetzt werden k?nnen.     

Verteilte Metadatenverwaltung und Anfragebearbeitung für Internet-Datenquellen

Zusammenfassung.   Wir pr?sentieren in dieser Arbeit das ObjectGlobe-System, ein offenes und verteiltes Anfragebearbeitungssystem auf Internet-Datenquellen. ObjectGlobe erweitert die begrenzten F?higkeiten des Internets bezüglich Anfragebearbeitung, indem es einen offenen Marktplatz schafft, in dem eine Vielzahl von Anbietern Rechenzeit, Daten und Anfrageoperatoren bereitstellen. Den Schwerpunkt dieses Beitrags bildet die im Rahmen des ObjectGlobe-Projekts entwickelte Metadatenverwaltung MDV, ein verteiltes Metadaten-Management-System. Es besitzt eine 3-schichtige Architektur und unterstützt Caching und Replikation in der Mittelschicht, so dass Anfragen lokal ausgewertet werden k?nnen. Benutzer spezifizieren die Informationen, die sie ben?tigen und die repliziert werden, mit Hilfe einer besonderen Regelsprache. Um Replikate aktuell zu halten und die Replikation von neuen und relevanten Informationen anzusto?en, verwendet das MDV-System einen neuartigen Publish & Subscribe-Algorithmus. Wir beschreiben diesen Algorithmus im Detail und zeigen, wie er mit Hilfe eines normalen relationalen Datenbanksystems implementiert werden kann. Eingegangen am 19. November 2001 / Angenommen am 30. Juli 2002     

Softwaretechnische Instrumentenunterstützung für ein leistungssteuerndes HNO Navigationssystem

Zusammenfassung  Durch Einsatz von Softwaretechnik k?nnen immer komplexere Funktionalit?ten in Medizinger?ten realisiert werden. In der computerunterstützten Chirurgie werden Assistenzsysteme entwickelt mit dem Ziel, die Risiken bestehender Behandlungsmethoden zu minimieren und in neue chirurgische Anwendungsbereiche vorzudringen. Um die steigende Komplexit?t solcher Systeme zu beherrschen, müssen anstelle von hardwarenahen Implementierungen Abstraktionskonzepte gefunden werden, die überschaubare Programmstrukturen und problemlose Erweiterbarkeit erm?glichen. Für das bereits klinisch evaluierte Navigationssystem FESS-Control wird mit Hilfe von bekannten Softwaretechnikmethoden ein Modell entwickelt und implementiert, das im Gegensatz zur bestehenden Implementierung die Beschreibung leistungsgesteuerter chirurgischer Instrumente auf einer abstrakten Ebene und deren sichere automatisierte Erkennung erm?glicht. FESS (functional endonasal sinus surgery) ist eine minimal invasive Behandlungsmethode für die Nase und Nebenh?hlen, bei der der Chirurg keine direkte Sicht zum Operationssitus und den Instrumenten hat. Mit dem Ziel, den Chirurgen w?hrend des Eingriffs zu unterstützen, verwendet FESS-Control eine optische Navigationskamera, um die r?umliche Lage eines Shavers bezüglich des Patienten und dessen Bilddaten w?hrend der Operation zu bestimmen. Gleichzeitig erfolgt zum Schutz sensibler Strukturen eine Leistungssteuerung des Instruments. Mit Hilfe des neuen Modells wird die Beschr?nkung des existierenden Systems, welches nur gerade Shaverans?tze navigiert, aufgehoben und die Verwendung weiterer in der medizinischen Anwendung ben?tigter Shaverans?tze erm?glicht. Die neue L?sung für das FESS-Control System ist ein überzeugendes Beispiel dafür, dass Methoden der Softwaretechnik auch in den Anwendungen der Medizintechnik gewinnbringend eingesetzt werden k?nnen. CR subject classification  J.3 ; I.6.5     

Integration von Techniken der Softwarespezifkation für ingenieurwissenschaftliche Anwendungen

Zusammenfassung. Der Softwareanteil in technischen Systemen bekommt einen immer h?heren Stellenwert. Für einen durchg?ngigen und wartbaren Entwurf der Software sind Spezifikationstechniken erforderlich, die von ingenieurwissenschaftlichen Ablaufbeschreibungen bis zu (objektorientierten) Softwaremodellen reichen. Wesentlich ist dabei, solche Techniken zu integrieren, um zu einem durchg?ngigen Systemmodell zu gelangen. Dies ist Gegenstand des DFG-Schwerpunktprogramms „Integration von Techniken der Softwarespezifikation für ingenieurwissenschaftliche An- wendungen”, in dem Ingenieure und Informatiker in vierzehn Forschungsprojekten gemeinsam an der Entwicklung integrierter Methoden zur Softwarespezifkation vornehmlich in den Bereichen Produktionsautomatisierung und Verkehrsleittechnik arbeiten. In diesem Artikel geben wir einen überblick über die Ergebnisse der ersten zwei Jahre des Schwerpunktprogramms und dessen Ziele für den weiteren Verlauf von vier Jahren.      

Ein Vorgehensmodell für die Multimedia-Entwicklung mit Autorensystemen

Multimedia-Anwendungen sind interaktive Softwaresysteme und verlangen als solche, mit softwaretechnischen Methoden erstellt zu werden. Sie werden heutzutage in der Regel mit Hilfe von Autorensystemen entwickelt, die eine Ad-hoc-Entwicklung auf Implementierungsniveau unterstützen. Hierdurch und wegen des Fehlens etablierter Vorgehensmodelle für die Multimedia-Softwareentwicklung reduziert sich der Multimedia-Entwicklungsproze? auf die Implementierungsphase. Dies führt zu den in der Softwaretechnik bekannten Problemen wie mangelnder Konzeption und fehlender Dokumentation. Wir stellen in diesem Beitrag ein Vorgehensmodell für die Entwicklung von Multimedia-Anwendungen vor, in dessen Mittelpunkt eine Analyse- und Entwurfsphase im Hinblick auf eine Implementierung der Multimedia-Anwendung mit einem Autorensystem stehen. Ausgehend von einem frameworkbasierten Analysemodell der Anwendung und einem Modell der Realisierungsm?glichkeiten mit einem konkreten Autorensystem wird systematisch ein Implementierungsmodell auf Instanzebene abgeleitet, das als Eingabe für das Autorensystem verwendet wird. Das postulierte Vorgehensmodell wird exemplarisch für das Autorensystem Director am Beispiel der Dom?ne multimedialer Lehr-/Lernanwendungen erl?utert.     

Die Beweisentwicklungsumgebung W\Omega -Mkrp

Zusammenfassung. Die Beweisentwicklungsumgebung -Mkrpsoll Mathematiker bei einer ihrer Hauptt?tigkeiten, n?mlich dem Beweisen mathematischer Theoreme unterstützen. Diese Unterstützung mu? so komfortabel sein, da? die rechnergestützte Suche nach formalen Beweisen leichter und insbesondere weniger aufwendig ist, als ohne das System. Dazu mu? die verwendete Objektsprache ausdrucksstark sein, man mu? die M?glichkeit haben, abstrakt über Beweispl?ne zu reden, die gefundenen Beweise müssen in einer am Menschen orientierte Form pr?sentiert werden und vor allem mu? eine effiziente Unterstützung beim Füllen von Beweislücken zur Verfügung stehen. Das im folgenden vorgestellte $\Omega$-Mkrp-System ist der Versuch einer Synthese der Ans?tze des vollautomatischen, des interaktiven und des planbasierten Beweisens. Dieser Artikel soll eine übersicht über unsere Arbeit an diesem System geben. Eingegangen am 24. Juni 1994 / Angenommen am 3. November 1995     

Zwischenbetriebliche elektronische Katalogsysteme: Netzwerkstrategische Gestaltungsoptionen und Erfolgsfaktoren

Zusammenfassung. Das Internet und darauf aufbauende Technologien er?ffnen neue Potentiale für zwischenbetriebliche Informationssysteme und f?rdern die elektronische Unterstützung von Gesch?ftsbeziehungen. Dabei bleibt jedoch das grunds?tzliche Problem bestehen, da? der Hauptinvestor jeweils eine gewisse Anzahl an Teilnehmern ben?tigt, um eine angemessene Verzinsung der für die Systementwicklung und -implementierung eingesetzten Ressourcen zu erreichen. Da es sich im zwischenbetrieblichen Kontext bei den Transaktionspartnern in der Regel um entscheidungsautonome Organisationseinheiten handelt, kann davon ausgegangen werden, da? die kritische Masse nur dann erreicht wird, wenn sich für die Teilnehmer selbst wiederum eine angemessene Verzinsung der für Anbindung und Systemanpassung notwendigen individuellen Aufwendungen ergibt. Dem Hauptinvestor stehen dabei eine Reihe von Gestaltungsoptionen zur Verfügung, denen jeweils unterschiedliche Erfolgsfaktoren zuzuordnen sind. In der Vergangenheit dominierten einerseits auf Zwang ausgerichtete, stark kompetitive Vorgehensweisen und andererseits kooperative Strategien, wie etwa die freiwillige Beschr?nkung der Anzahl an Zulieferbeziehungen im Rahmen vertrauensbildender Ma?nahmen. Mit dem Aufkommen offener Kommunikationsstandards und neuer Technologien lassen sich diese von relativ geringen zus?tzlichen finanziellen Belastungen gekennzeichneten Strategien m?glicherweise nicht mehr aufrechterhalten, und es wird notwendig, neue Optionen in Betracht zu ziehen, wie etwa die Subventionierung einzelner Systemteilnehmer oder die Verbesserung des Gesamtsystems, die jeweils sowohl kompetitive als auch kooperative Elemente aufweisen. Der vorliegende Beitrag diskutiert diese These am Beispiel zwischenbetrieblicher elektronischer Katalogsysteme, wie sie in jüngster Zeit im Kontext elektronischer Absatz- und Beschaffungssysteme sowie elektronischer M?rkte an Bedeutung gewinnen. Eingegangen am 16. Dezember 1999 / Angenommen am 15. April 2000     

Laufzeitdynamische Evaluierung tabellarischer Daten

Zusammenfassung.   In diesem Artikel wird ein Konzept besprochen, mit dem flexible Algorithmen zur Auswertung von Anfragen an tabellarische Datenstrukturen typsicher in objektorientierten Programmiersprachen implementiert werden k?nnen. Kernpunkt ist eine strikte Trennung zwischen dem Zugriff auf Zeilen und Spalten. Gegenüber einem reinem Iteratormodell werden Anwendungsprogramme damit nicht nur von der internen Organisation der zugrundeliegenden Sequenzen entkoppelt, sondern auch von den Tupeltypen der Tabellen. Dadurch wird es m?glich, hohe Laufzeitflexibilit?t mit weitgehender statischer Typsicherheit zu verbinden. Eingegangen am 1. August 1997 / Angenommen am 7. M?rz 1998