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Thematic issue on human-centred ambient intelligence: cognitive approaches, reasoning and learning
(2017)
This editorial presents advances on human-centred Ambient Intelligence applications which take into account cognitive issues when modelling users (i.e. stress, attention disorders), and learn users’ activities/preferences and adapt to them (i.e. at home, driving a car). These papers also show AmI applications in health and education, which make them even more valuable for the general society.
Der folgende Artikel befasst sich mit Wearables für Pferde. Ziel ist es, die Sicherheit der Tiere bei einem Ausbruch von einer Weide zu erhöhen und damit Personen- und Sachschäden zu minimieren. Hierzu wird der Stand der Technik zur Standortbestimmung im Freien zusammengetragen und durch eine Klassifizierung der unterschiedlichen Ansätze ermittelt, welche Standortbestimmung pferdegerecht erscheint. Zudem soll ein Fragebogen konzipiert werden, um Charakteristiken und Funktionalitäten für einen Prototypen festzustellen.
Die digitale Zukunft zu definieren und zu gestalten ist in aller Munde - in der Industrie, der Lehre und so auch im Fokus der diesjährigen Informatics Inside Konferenz. Dazu gehören einerseits die Möglichkeiten, die die Digitalisierung mit sich bringt, z.B. beschrieben im Umfeld Krankenhaus oder in der Pferdezucht, andererseits die Schnittstelle zwischen realer und virtueller Welt, ausgeführt an Beispielen der Gesichts- und Bewegungserkennung. Auffällig ist, dass auch die Studierenden sich immer stärker auf die Sicherheit und Privatsphäre persönlicher Daten in einer digitalen Welt fokussieren. Dazu gehören fundamentale Sicherheitsuntersuchungen für ausgewählte Domänen, z.B. Industrie 4.0 oder Smart Home, wie auch die Betrachtung konkreter Einsatzszenarien, wie das autonome Fahren, die Kommunikation zwischen Fahrzeugen und dem neuen Personalausweis. Darüber hinaus stellen die Studierenden ihre Master-Projekte in Kurzbeiträgen vor.
Die Teilnehmer erfüllen nicht nur den Anspruch, die Ergebnisse ihrer Arbeit in schriftlicher Form anschaulich auszuarbeiten, sondern auch interaktiv vor ihrem Publikum zu verteidigen und zu diskutieren. Die Informatics Inside bietet somit ein Forum für Studierende, um während des Studiums zum einen die Ergebnisse ihrer Arbeit professionell einem interessierten Publikum zugänglich zu machen und zum anderen Anregungen anderer Vertiefungsgebiete aufzunehmen, aber auch die Arbeiten anderer kritisch zu hinterfragen.
Die Arbeit stellt die Möglichkeiten von 3D-Controllern für den Einsatz in der interventionellen Radiologie und insbesondere für die Steuerung der Echtzeit-Magnetresonanztomographie (MRT) dar. Dies ist interessant in Bezug auf die kontrollierte Navigation in ein Zielgewebe. Dabei kann der Interventionalist durch Echtzeit- Bildgebung den Verlauf des Eingriffs verfolgen, allerdings kann er bisher das MRT während der Durchführung des Eingriffs nicht selbst steuern, da dies durch den Assistenten im Nebenraum erfolgt. Die Kommunikation ist bei dem hohen Geräuschpegel aber sehr schwer. Diese Arbeit setzt an dieser Stelle an und analysiert 3D-Controller auf die Eignung für die Echtzeit-Steuerung eines MRTs. Dabei wurden trackingbasierte und trackinglose Geräte betrachtet. Als Ergebnis ließ sich festhalten, dass trackingbasierte Verfahren weniger geeignet sind, aufgrund der nicht ausreichenden Interpretation der Eingaben. Die trackinglosen Geräte hingegen sind aufgrund der korrekten Interpretation aller Eingaben und der intuitiven Bedienung geeignet.
In der Medizin existieren verschiedene Reifegradmodelle, die die Digitalisierung von Krankenhäusern unterstützen können. Die Anforderungen an ein Reifegradmodell für diesen Zweck umfassen Aspekte aus allgemeinen und spezifischen Bereichen des Krankenhauses. Die Analyse der Reifegradmodelle HIN, CCMM, EMRAM und O-EMRAM zeigt große Lücken im Bereich des OP sowie fehlende Aspekte in der Notaufnahme auf. Ein umfassendes Reifegradmodell wurde nicht gefunden. Durch eine Kombination aus HIN und CCMM könnten fast alle Bereiche ausreichend abgedeckt werden. Zusätzliche Ergänzungen durch spezialisierte Reifegradmodelle oder sogar die Entwicklung eines umfassenden Reifegradmodells wären sinnvoll.
Ein stark erforschtes Gebiet der Computer Vision ist die Detektion von markanten Punkten des Gesichtszuges (englisch: facial feature detection), wie der Mundwinkel oder des Kinns. Daher lassen sich eine Vielzahl von veröffentlichten Verfahren finden, die sich jedoch teils deutlich hinsichtlich der Detektionsgenauigkeit, Robustheit und Geschwindigkeit unterscheiden. So sind viele Verfahren nur bedingt echtzeitfähig oder liefern nur mit hochaufgelösten Bildquellen ein zufriedenstellendes Ergebnis. In den letzten Jahren wurden daher Verfahren entwickelt, die versuchen, diese Problematiken zu lösen. In dieser Arbeit erfolgt eine Betrachtung dreier dieser State-of-the-Art Verfahren: Constrained Local Neural Fields (CLNF), Discriminative Response Map Fitting (DRMF) und Structured Output SVM (SO SVM), sowie deren Implementierungen. Dazu erfolgt ein empirischer Vergleich hinsichtlich der Detektionsgenauigkeit.
In den letzten Jahren beschäftigten sich Forscher und Automobilhersteller mit den Voraussetzungen für die Einführung von autonomem Fahren. Für Innovationen und Geschäftsmodelle im Bereich der intelligenten Mobilität, aber auch innerhalb der digitalen Wertschöpfungskette, spielen generell Zuverlässigkeit und Qualität der digitalen Datenübertragung eine entscheidende Rolle. Bevor das autonome Fahren vollständig eingeführt wird, muss man feststellen, welche Anforderungen an die digitale Infrastruktur beachtet werden müssen, gleichzeitig muss die Bedrohungslandschaft für autonomes Fahren analysiert werden.
Die folgende Arbeit beschäftigt sich damit, die Anforderungen und Gefahren zu analysieren und allgemeine Handlungsempfehlungen vorzuschlagen.
Mittlerweile ist der Einsatz von technischen Hilfsmitteln zu Analysezwecken im Sport fester Bestandteil im Trainingsalltag von Trainern und Athleten. In nahezu jeder Sportart werden Videoaufzeichnungen genutzt, um die Bewegungsausführung zu dokumentieren und zu analysieren. Allerdings reichen Aufnahmen von einem statischen Standort oftmals nicht mehr aus. An dieser Stelle kann Virtual Reality (VR) eine Lösung dieses Problems bieten. Durch VR kann der aufgezeichneten Szene eine weitere Ebene hinzugefügt und die Bewegungsabläufe neu und detaillierter bewertet werden. Um Bewegungen in einer virtuellen Umgebung abzubilden, müssen diese mittels Motion Capturing (MoCap) aufgezeichnet werden. Ziel dieser Arbeit ist es, herauszufinden, ob das MoCap System Perception Neuron in der Lage ist, Bewegungen in hoher Geschwindigkeit zu erfassen.
Im Rahmen der wissenschaftlichen Vertiefung soll auf Basis der vorhandenen Ansätze das IT-Risikomanagement evaluiert werden. Hierbei soll die Frage, inwiefern das IT-Risikomanagement dem Unternehmen eine Hilfestellung bieten kann, geklärt und anschließend anhand von zwei Fallbeispielen dargestellt werden.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem neuen elektronischen Personalausweis. Zum einen werden in diesem Paper die Sicherheitsziele des Personalausweises und die technische Umsetzung der Architektur und Protokolle erklärt. Es wird der Ablauf einer Online-Identifizierung für einen Nutzer mithilfe des Ausweises aufgezeigt. Risiken und Schwachstellen der Technologie im Software- und Hardwarebereich werden diskutiert und die bereits erfolgten Hack-Angriffe aufgezeigt. Die Arbeit legt Möglichkeiten dar, wie sich der Nutzer vor Angriffen schützen kann. Es werden die Gründe genannt, warum der neue Personalausweis online nur schwar Anklang findet und warum die Aufklärung über die zur Verfügung stehenden Anwendungen, eine Preisreduzierung der Lesegeräte sowie die vom Europa-Parlament und Europarat erlassene eIDAS-Verordnung nicht helfen werden, um die Nutzung voranzutreiben. Ergebnisse hierfür liefert eine Nutzerstudie. Zum anderen werden Ideen genannt, wie die Nutzung der elektronischen Funktionen des Ausweises stattdessen zu fördern ist.
Das Ziel dieser Arbeit ist, die Infrastruktur einer modernen Fahrzeug-zu Fahrzeug-Kommunikation auf ihre Sicherheit zu prüfen. Dazu werden die Sicherheitsstandards für die Funkkommunikation genauer beschrieben und anschließend mit möglichen Angriffsmodellen geprüft. Mit dem erläuterten Wissen der VANET Architektur werden verschiedene Angriffe verständlicher. Dadurch werden die Schwachstellen offengelegt und Gegenmaßnahmen an passenden Punkten in der Architektur verdeutlicht.
Durch Industrie 4.0 kann die individuelle Fertigung von kleineren Stückzahlen zu geringen Kosten ermöglicht werden. Dafür müssen alle Anlagen miteinander vernetzt werden, um Daten austauschen und kommunizieren zu können. Durch die Vernetzung können neue Risiken und Gefahren entstehen. In dieser Arbeit wird die ITSicherheit in der Industrie 4.0 anhand möglichen Bedrohungsszenarien, Herausforderungen und Gegenmaßnahmen evaluiert. Dabei wird untersucht, welche Möglichkeiten Industrieunternehmen haben, um Hackerangriffen vorzubeugen und ob bereits etablierte Sicherheitskonzepte für industrielle Anlagen einfach übernommen werden können.
Die Arbeit stellt die Vision des Internet of Things (IoT) vor und betrachtet sowohl Möglichkeiten der Nutzung als auch Gefahrenpotentiale für die Sicherheit der Nutzer. Insbesondere wird hierbei der Anwendungsfall Smart Home näher betrachtet und am Beispiel ZigBee gravierende Schwächen dieser Geräte aufgezeigt.
Context: An experiment-driven approach to software product and service development is gaining increasing attention as a way to channel limited resources to the efficient creation of customer value. In this approach, software capabilities are developed incrementally and validated in continuous experiments with stakeholders such as customers and users. The experiments provide factual feedback for guiding subsequent development.
Objective: This paper explores the state of the practice of experimentation in the software industry. It also identifies the key challenges and success factors that practitioners associate with the approach.
Method: A qualitative survey based on semi-structured interviews and thematic coding analysis was conducted. Ten Finnish software development companies, represented by thirteen interviewees, participated in the study.
Results: The study found that although the principles of continuous experimentation resonated with industry practitioners, the state of the practice is not yet mature. In particular, experimentation is rarely systematic and continuous. Key challenges relate to changing the organizational culture, accelerating the development cycle speed, and finding the right measures for customer value and product success. Success factors include a supportive organizational culture, deep customer and domain knowledge, and the availability of the relevant skills and tools to conduct experiments.
Conclusions: It is concluded that the major issues in moving towards continuous experimentation are on an organizational level; most significant technical challenges have been solved. An evolutionary approach is proposed as a way to transition towards experiment-driven development.
Software process improvement (SPI) has been around for decades: frameworks are proposed, success factors are studied, and experiences have been reported. However, the sheer mass of concepts, approaches, and standards published over the years overwhelms practitioners as well as researchers. What is out there? Are there new trends and emerging approaches? What are open issues? Still, we struggle to answer these questions about the current state of SPI and related research. In this article, we present results from an updated systematic mapping study to shed light on the field of SPI, to develop a big picture of the state of the art, and to draw conclusions for future research directions. An analysis of 769 publications draws a big picture of SPI-related research of the past quarter-century. Our study shows a high number of solution proposals, experience reports, and secondary studies, but only few theories and models on SPI in general. In particular, standard SPI models like CMMI and ISO/IEC 15,504 are analyzed, enhanced, and evaluated for applicability in practice, but these standards are also critically discussed, e.g., from the perspective of SPI in small to-medium-sized companies, which leads to new specialized frameworks. New and specialized frameworks account for the majority of the contributions found (approx. 38%). Furthermore, we find a growing interest in success factors (approx. 16%) to aid companies in conducting SPI and in adapting agile principles and practices for SPI (approx. 10%). Beyond these specific topics, the study results also show an increasing interest into secondary studies with the purpose of aggregating and structuring SPI-related knowledge. Finally, the present study helps directing future research by identifying under-researched topics awaiting further investigation.
Software development consists to a large extend of humanbased processes with continuously increasing demands regarding interdisciplinary team work. Understanding the dynamics of software teams can be seen as highly important to successful project execution. Hence, for future project managers, knowledge about non-technical processes in teams is significant. In this paper, we present a course unit that provides an environment in which students can learn and experience the impact of group dynamics on project performance and quality. The course unit uses the Tuckman model as theoretical framework, and borrows from controlled experiments to organize and implement its practical parts in which students then experience the effects of, e.g., time pressure, resource bottlenecks, staff turnover, loss of key personnel, and other stress factors. We provide a detailed design of the course unit to allow for implementation in further software project management courses. Furthermore, we provide experiences obtained from two instances of this unit conducted in Munich and Karlskrona with 36 graduate students. We observed students building awareness of stress factors and developing counter measures to reduce impact of those factors. Moreover, students experienced what problems occur when teams work under stress and how to form a performing team despite exceptional situations.
For decades, Software Process Improvement (SPI) programs have been implemented, inter alia, to improve quality and speed of software development. To set up, guide, and carry out SPI projects, and to measure SPI state, impact, and success, a multitude of different SPI approaches and considerable experience are available. SPI addresses many aspects ranging from individual developer skills to entire organizations. It comprises for instance the optimization of specific activities in the software lifecycle as well as the creation of organization awareness and project culture. In the course of conducting a systematic mapping study on the state-of-the-art in SPI from a general perspective, we observed Global Software Engineering (GSE) becoming a topic of interest in recent years. Therefore, in this paper, we provide a detailed investigation of those papers from the overall systematic mapping study that were classified as addressing SPI in the context of GSE. From the main study’s result set, a set of 30 papers dealing with GSE was selected for an in-depth analysis using the systematic review instrument to study the contributions and to develop an initial picture of how GSE is considered from the perspective of SPI. Our findings show the analyzed papers delivering a substantial discussion of cultural models and how such models can be used to better address and align SPI programs with multi-national environments. Furthermore, experience is shared discussing how agile approaches can be implemented in companies working at the global scale. Finally, success factors and barriers are studied to help companies implementing SPI in a GSE context.
Software development consists to a large extent of human-based processes with continuously increasing demands regarding interdisciplinary team work. Understanding the dynamics of software teams can be seen as highly important to successful project execution. Hence, for future project managers, knowledge about non-technical processes in teams is significant. In this paper, we present a course unit that provides an environment in which students can learn and experience the role of different communication patterns in distributed agile software development. In particular, students gain awareness about the importance of communication by experiencing the impact of limitations of communication channels and the effects on collaboration and team performance. The course unit presented uses the controlled experiment instrument to provide the basic organization of a small software project carried out in virtual teams. We provide a detailed design of the course unit to allow for implementation in further courses. Furthermore, we provide experiences obtained from implementing this course unit with 16 graduate students. We observed students struggling with technical aspects and team coordination in general, while not realizing the importance of communication channels (or their absence). Furthermore, we could show the students that lacking communication protocols impact team coordination and performance regardless of the communication channels used.
The internet of things, enterprise social networks, adaptive case management, mobility systems, analytics for big data, and cloud environments are emerging to support smart connected i.e. digital products and services and the digital transformation. Biological metaphors for living and adaptable ecosystems are currently providing the logical foundation for resilient run-time environments with serviceoriented digitization architectures and for self-optimizing intelligent business services and related distributed information systems. We are investigating mechanisms for flexible adaptation and evolution of information systems with digital architecture in the context of the ongoing digital transformation. The goal is to support flexible and agile transformations for both business and related information systems through adaptation and dynamical evolution of their digital architectures. The present research paper investigates mechanisms of decision analytics for digitization architectures, putting a spotlight to internet of things micro-granular architectures, by extending original enterprise architecture reference models with digitization architectures and their multi-perspective architectural decision management.
The digitization of our society changes the way we live, work, learn, communicate, and collaborate. This disruptive change interacts with all information processes and systems that are important business enablers for the context of digitization since years. Our aim is to support flexibility and agile transformations for both business domains and related information technology with more flexible enterprise information systems through adaptation and evolution of digital enterprise architectures. The present research paper investigates the continuous bottom-up integration of micro-granular architectures for a huge amount of dynamically growing systems and services, like microservices and the Internet of Things, as part of a new digital enterprise architecture. To integrate micro granular architecture models to living architectural model versions we are extending more traditional enterprise architecture reference models with state of art elements for agile architectural engineering to support the digitization of products, services, and processes.