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Segmentierung von Polypen in Koloskopie-Bilddaten : eine Potentialanalyse von Deep-Learning-Methoden
(2018)
Kolorektale Karzinome haben eine hohe Sterblichkeitsrate, wenn sie spät entdeckt werden. Eine frühzeitige Entfernung von bösartigen Polypen im Magen-Darm-Trakt, die deren Vorstufen bilden, bietet jedoch hohe Überlebenschancen. Bei Darmspiegelungen werden gerade kleine Polypen aber recht häufig übersehen. Zuverlässige bildverarbeitende Systeme, die Polypen in einem Koloskopie-Frame nicht nur detektieren, sondern pixelgenau segmentieren, könnten Ärzten bei Darmkrebs-Screenings helfen. Diese Arbeit analysiert den aktuellen Stand der Segmentierung von Polypen im Gastrointestinaltrakt. Weiterführend wird untersucht, inwiefern die in letzter Zeit sehr erfolgreichen Methoden des Deep Learning hier Vorteile bieten.
Enterprises are transforming their strategy, culture, processes, and their information systems to enlarge their digitalization efforts or to approach for digital leadership. The digital transformation profoundly disrupts existing enterprises and economies. In current times, a lot of new business opportunities appeared using the potential of the Internet and related digital technologies: The Internet of Things, services computing, cloud computing, artificial intelligence, big data with analytics, mobile systems, collaboration networks, and cyber physical systems. Digitization fosters the development of IT environments with many rather small and distributed structures, like the Internet of Things, microservices, or other micro-granular elements. Architecting micro-granular structures have a substantial impact on architecting digital services and products. The change from a closed-world modeling perspective to more flexible Open World of living software and system architectures defines the context for flexible and evolutionary software approaches, which are essential to enable the digital transformation. In this paper, we are revealing multiple perspectives of digital enterprise architecture and decisions to effectively support value and service oriented software systems for intelligent digital services and products.
Presently, many companies are transforming their strategy and product base, as well as their culture, processes and information systems to become more digital or to approach for a digital leadership. In the last years new business opportunities appeared using the potential of the Internet and related digital technologies, like Internet of Things, services computing, cloud computing, edge and fog computing, social networks, big data with analytics, mobile systems, collaboration networks, and cyber physical systems. Digitization fosters the development of IT environments with many rather small and distributed structures, like the Internet of Things, Microservices, or other micro-granular elements. This has a strong impact for architecting digital services and products. The change from a closed-world modeling perspective to more flexible open-world composition and evolution of micro-granular system architectures defines the moving context for adaptable systems. We are focusing on a continuous bottom-up integration of micro-granular architectures for a huge amount of dynamically growing systems and services, as part of a new digital enterprise architecture for service dominant digital products.
Recognizing human actions is a core challenge for autonomous systems as they directly share the same space with humans. Systems must be able to recognize and assess human actions in real-time. To train the corresponding data-driven algorithms, a significant amount of annotated training data is required. We demonstrate a pipeline to detect humans, estimate their pose, track them over time and recognize their actions in real-time with standard monocular camera sensors. For action recognition, we transform noisy human pose estimates in an image like format we call Encoded Human Pose Image (EHPI). This encoded information can further be classified using standard methods from the computer vision community. With this simple procedure, we achieve competitive state-of-the-art performance in pose based action detection and can ensure real-time performance. In addition, we show a use case in the context of autonomous driving to demonstrate how such a system can be trained to recognize human actions using simulation data.
RoPose-Real: real world dataset acquisition for data-driven industrial robot arm pose estimation
(2019)
It is necessary to employ smart sensory systems in dynamic and mobile workspaces where industrial robots are mounted on mobile platforms. Such systems should be aware of flexible and non-stationary workspaces and able to react autonomously to changing situations. Building upon our previously presented RoPose-system, which employs a convolutional neural network architecture that has been trained on pure synthetic data to estimate the kinematic chain of an industrial robot arm system, we now present RoPose-Real. RoPose-Real extends the prior system with a comfortable and targetless extrinsic calibration tool, to allow for the production of automatically annotated datasets for real robot systems. Furthermore, we use the novel datasets to train the estimation network with real world data. The extracted pose information is used to automatically estimate the observing sensor pose relative to the robot system. Finally we evaluate the performance of the presented subsystems in a real world robotic scenario.
Learning to translate between real world and simulated 3D sensors while transferring task models
(2019)
Learning-based vision tasks are usually specialized on the sensor technology for which data has been labeled. The knowledge of a learned model is simply useless when it comes to data which differs from the data on which the model has been initially trained or if the model should be applied to a totally different imaging or sensor source. New labeled data has to be acquired on which a new model can be trained. Depending on the sensor, this can even get more complicated when the sensor data becomes more abstract and hard to be interpreted and labeled by humans. To enable reuse of models trained for a specific task across different sensors minimizes the data acquisition effort. Therefore, this work focuses on learning sensor models and translating between them, thus aiming for sensor interoperability. We show that even for the complex task of human pose estimation from 3D depth data recorded with different sensors, i.e. a simulated and a Kinect 2TM depth sensor, human pose estimation can greatly improve by translating between sensor models without modifying the original task model. This process especially benefits sensors and applications for which labels and models are difficult if at all possible to retrieve from raw sensor data.
The investigation of stress requires to distinguish between stress caused by physical activity and stress that is caused by psychosocial factors. The behaviour of the heart in response to stress and physical activity is very similar in case the set of monitored parameters is reduced to one. Currently, the differentiation remains difficult and methods which only use the heart rate are not able to differentiate between stress and physical activity, without using additional sensor data input. The approach focusses on methods which generate signals providing characteristics that are useful for detecting stress, physical activity, no activity and relaxation.
Autismus-Spektrum-Störungen (ASD) bei Kindern werden häufig zu spät diagnostiziert und die Begleitung der chronischen Krankheit gestaltet sich schwierig. Der vorgestellte Ansatz erlaubt die Behandlung der Kinder in dem bekannten häuslichen Umfeld und versucht die Beziehungen zwischen Schlaf und Verhalten herauszuarbeiten. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen die Lebensqualität der Patienten verbessern und den Eltern Hilfestellung geben. Die notwendige infrastrukturelle Unterstützung wird durch medizinisches Fachpersonal geleistet, das auf einen web-basierten Service zurückgreifen kann, der sämtliche Prozesse (Diagnostik, Datenerfassung, -aufzeichnung und Training etc.) begleitet. Die anonymisierten Daten werden in einem Diagnosesystem zentral abgelegt und können so für zukünftige Behandlungsstrategien nutzbar sein. Die umfassende Lösung setzt auf zentrale Elemente von Smart-Homes und AAL auf.
Die Erholung unseres Körpers und Gehirns von Müdigkeit ist direkt abhängig von der Qualität des Schlafes, die aus den Ergebnissen einer Schlafstudie ermittelt werden kann. Die Klassifizierung der Schlafstadien ist der erste Schritt dieser Studie und beinhaltet die Messung von Biovitaldaten und deren weitere Verarbeitung. Das non-invasive Schlafanalyse-System basiert auf einem Hardware-Sensornetz aus 24 Drucksensoren, das die Schlafphasenerkennung ermöglicht. Die Drucksensoren sind mit einem energieeffizienten Mikrocontroller über einen systemweiten Bus mit Adressarbitrierung verbunden. Ein wesentlicher Unterschied dieses Systems im Vergleich zu anderen Ansätzen ist die innovative Art, die Sensoren unter der Matratze zu platzieren. Diese Eigenschaft erleichtert die kontinuierliche Nutzung des Systems ohne fühlbaren Einfluss auf das gewohnte Bett. Das System wurde getestet, indem Experimente durchgeführt wurden, die den Schlaf verschiedener gesunder junger Personen aufzeichneten. Die ersten Ergebnisse weisen auf das Potenzial hin, nicht nur Atemfrequenz und Körperbewegung, sondern auch Herzfrequenz zu erfassen.
This document presents an algorithm for a nonobtrusive recognition of Sleep/Wake states using signals derived from ECG, respiration, and body movement captured while lying in a bed. As a core mathematical base of system data analytics, multinomial logistic regression techniques were chosen. Derived parameters of the three signals are used as the input for the proposed method. The overall achieved accuracy rate is 84% for Wake/Sleep stages, with Cohen’s kappa value 0.46. The presented algorithm should support experts in analyzing sleep quality in more detail. The results confirm the potential of this method and disclose several ways for its improvement.
The goal of this paper pretends to show how a bed system with an embedded system with sensor is able to analyze a person’s movement, breathing and recognizing the positions that the subject is lying on the bed during the night without any additional physical contact. The measurements are performed with sensors placed between the mattress and the frame. An Intel Edison board was used as an endpoint that served as a communication node from the mesh network to external service. Two nodes and Intel Edison are attached to the bottom of the bed frame and they are connected to the sensors.
This study is about estimating the reproducibility of finding palpation points of three different anatomical landmarks in the human body (Xiphoid Process and the 2 Hip Crests) to support a navigated ultrasound application. On 6 test subjects with different body mass index the three palpation points were located five times by two examiners. The deviation from the target position was calculated and correlated to the fat thickness above each palpation point. The reproducibility of the measurements had a mean error of ≈13.5 mm +- 4 mm, which seems to be sufficient for the desired application field.
In der Orthopädie werden Robotersysteme bereits seit mehreren Jahren erfolgreich unterstützend eingesetzt. Dieser Ansatz erfordert die vorgelagerte Erstellung eines digitalen Modells auf Basis von medizinischen Bilddatensätzen. Die Erstellung und Überprüfung der Modelle soll in einer browserbasierten Client- Server-Anwendung erfolgen. Hierfür ist die Darstellung von zweidimensionalen und dreidimensionalen Datensätzen erforderlich. Basis dieses Papers ist die Entwicklung eines Ansatzes zur interaktiven, browserbasierten dreidimensionalen Darstellung medizinischer Planungsdaten. Die Anwendung stellt ein Proof of Concept dar, ob die bestehenden Desktopanwendungen zur Darstellung von Planungsdaten ersetzt werden können. Mit Hilfe des Frameworks AMI.js wurde die Anwendung umgesetzt. Sie erfüllt alle definierten Anforderungen und kann somit die aktuellen Desktopanwendungen ersetzen.
Zur Unterstützung des Operateurs wird eine patientennahe Informationsanzeige entwickelt, die kontextrelevante Informationen entsprechend der aktuellen Situation bereitstellen kann. Hierfür soll eine Situationserkennung konzipiert werden, die auf unterschiedliche intraoperative Prozesse übertragen werden kann. Ziel der adaptiven Situationserkennung ist das Erkennen spezifischer Situationen durch intraoperative Informationen unterschiedlicher Datenquellen im Operationssaal. Innerhalb der Datenerhebung und -analyse wurden Anwendungsfälle für die Situationserkennung definiert sowie chirurgische Prozessmodelle erstellt, die intraoperative Ereignisse abbilden. Auf Basis dieser Informationen wurde ein Konzept entworfen, das sich zunächst auf die Erkennung abstrakter generalisierter Phasen, unabhängig vom Eingriff, fokussiert und sich Schritt für Schritt auf granulare Prozessschritte spezifizieren lässt. Diese Flexibilität soll die Übertragbarkeit des Konzepts auf intraoperative Prozesse ermöglichen und den Operateur dadurch gezielt mit kontextrelevanten Informationen unterstützen. Das Konzept wird in zukünftigen Schritten weiterentwickelt.
Mammographie-Geräte werden in der Diagnostik von Mammakarzinomen eingesetzt. Die ursprüngliche Technik wurde in den letzten Jahren von analogen Röntgenfilmen zu digital integrierten Systemen weiterentwickelt. Durch die Tomosynthese, bei der in einem Schnittbildverfahren mehrere Schichten des Organismus untersucht werden können, können auch überlagerte Strukturen sichtbar gemacht werden. Um als adäquate Grundlage zur Diagnostik von malignen Tumoren dienen zu können, müssen einige qualitative Anforderungen erfüllt werden. Bisher gibt es wenig Literatur, die Anforderungen und den Aufbau solcher Geräte systematisch beschreiben. Im Rahmen dieser Arbeit werden auf Basis der Literatur und bestehender Systeme die qualitativen Anforderungen identifiziert. Der prinzipielle Aufbau solcher Systeme wird anhand der einzelnen Systembausteine in der semiformalen Notationssprache SysML gezeigt. Die grundlegende Funktionsweise eines tomosynthesefähigen Mammographie Gerätes wird in dieser Arbeit zusammenfassend und anhand der einzelnen Systembausteine beschrieben. Diese Arbeit dient der Vermittlung eines umfassenden Verständnisses für die digitale Mammographie, um als Grundlage für die Dokumentation von qualitativen Anforderungen dienen zu können.
Telemetrie und Homemonitoring werden bereits in vielen Gesundheitsbereichen erfolgreich genutzt. Moderne Herzschrittmacher ermöglichen durch telemetrische Datenübertragung das Homemonitoring aktueller Gesundheits- und Zustandsdaten durch PatientInnen und ÄrztInnen. Für die Weiterentwicklung existierender Produkte ist ein grundlegendes Verständnis der Anforderungen an und des Aufbaus solcher Systeme notwendig. Bisher existieren
herstellerunabhängige Betrachtungen dieser noch nicht. Durch die Verwendung von SysML als semiformale Notationssprache wird das System Herzschrittmacher und Homemonitoring modelliert. Die Anforderungen an ein solches System lassen sich aus bestehenden Produkten ableiten. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Systemarchitektur solcher Systeme, anhand derer die Anbindung an Informationssysteme über das Homemonitoringsystem und die dadurch umgesetzten Funktionen gezeigt werden.
Companies are constantly changing their business process models. In team environments, different versions of a process model are created at the same time. These versions of a process model need to be merged from time to time to consolidate changes and create a new common version.
In this short paper, we propose a solution for modifying a merge result. The goal is to create a meaningful merge result by adding connector nodes to the model at specific locations. This increases the amount of possible result models and reduces additional implementation effort.
While several service-based maintainability metrics have been proposed in the scientific literature, reliable approaches to automatically collect these metrics are lacking. Since static analysis is complicated for decentralized and technologically diverse microservice-based systems, we propose a dynamic approach to calculate such metrics from runtime data via distributed tracing. The approach focuses on simplicity, extensibility, and broad applicability. As a first prototype, we implemented a Java application with a Zipkin integrator, 23 different metrics, and five export formats. We demonstrated the feasibility of the approach by analyzing the runtime data of an example microservice based system. During an exploratory study with six participants, 14 of the 18 services were invoked via the system’s web interface. For these services, all metrics were calculated correctly from the generated traces.
Microservices are a topic driven mainly by practitioners and academia is only starting to investigate them. Hence, there is no clear picture of the usage of Microservices in practice. In this paper, we contribute a qualitative study with insights into industry adoption and implementation of Microservices. Contrary to existing quantitative studies, we conducted interviews to gain a more in-depth understanding of the current state of practice. During 17 interviews with software professionals from 10 companies, we analyzed 14 service-based systems. The interviews focused on applied technologies, Microservices characteristics, and the perceived influence on software quality. We found that companies generally rely on well established technologies for service implementation, communication, and deployment. Most systems, however, did not exhibit a high degree of technological diversity as commonly expected with Microservices. Decentralization and product character were different for systems built for external customers. Applied DevOps practices and automation were still on a mediocre level and only very few companies strictly followed the you build it, you run it principle. The impact of Microservices on software quality was mainly rated as positive. While maintainability received the most positive mentions, some major issues were associated with security. We present a description of each case and summarize the most important findings of companies across different domains and sizes. Researchers may build upon our findings and take them into account when designing industry-focused methods.
While the concepts of object-oriented antipatterns and code smells are prevalent in scientific literature and have been popularized by tools like SonarQube, the research field for service-based antipatterns and bad smells is not as cohesive and organized. The description of these antipatterns is distributed across several publications with no holistic schema or taxonomy. Furthermore, there is currently little synergy between documented antipatterns for the architectural styles SOA and Microservices, even though several antipatterns may hold value for both. We therefore conducted a Systematic Literature Review (SLR) that identified 14 primary studies. 36 service-based antipatterns were extracted from these studies and documented with a holistic data model. We also categorized the antipatterns with a taxonomy and implemented relationships between them. Lastly, we developed a web application for convenient browsing and implemented a GitHub-based repository and workflow for the collaborative evolution of the collection. Researchers and practitioners can use the repository as a reference, for training and education, or for quality assurance.
A large body of literature is concerned with models of presence— the sensory illusion of being part of a virtual scene— but there is still no general agreement on how to measure it objectively and reliably. For the presented study, we applied contemporary theory to measure presence in virtual reality. Thirty-seven participants explored an existing commercial game in order to complete a collection task. Two startle events were naturally embedded in the game progression to evoke physical reactions and head tracking data was collected in response to these events. Subjective presence was recorded using a post-study questionnaire and real-time assessments. Our novel implementation of behavioral measures lead to insights which could inform future presence research: We propose a measure in which startle reflexes are evoked through specific events in the virtual environment, and head tracking data is compared to the range and speed of baseline interactions.
In recent years, the parallel computing community has shown increasing interest in leveraging cloud resources for executing parallel applications. Clouds exhibit several fundamental features of economic value, like on-demand resource provisioning and a pay-per-use model. Additionally, several cloud providers offer their resources with significant discounts; however, possessing limited availability. Such volatile resources are an auspicious opportunity to reduce the costs arising from computations, thus achieving higher cost efficiency. In this paper, we propose a cost model for quantifying the monetary costs of executing parallel applications in cloud environments, leveraging volatile resources. Using this cost model, one is able to determine a configuration of a cloud-based parallel system that minimizes the total costs of executing an application.
In this paper we describe an interactive web-based visual analysis tool for Formula one races. It first provides an overview about all races on a yearly basis in a calendar-like representation. From this starting point, races can be selected and visually inspected in detail. We support a dynamic race position diagram as well as a more detailed lap times line plot for showing the drivers’ lap times in comparison. Many interaction techniques are supported like selections, filtering, highlighting, color coding, or details-on demand. We illustrate the usefulness of our visualization tool by applying it to a Formula one dataset while we describe the different dynamic visual racing patterns for a number of selected races and drivers.
Data analytics tasks on large datasets are computationally intensive and often demand the compute power of cluster environments. Yet, data cleansing, preparation, dataset characterization and statistics or metrics computation steps are frequent. These are mostly performed ad hoc, in an explorative manner and mandate low response times. But, such steps are I/O intensive and typically very slow due to low data locality, inadequate interfaces and abstractions along the stack. These typically result in prohibitively expensive scans of the full dataset and transformations on interface boundaries.
In this paper, we examine R as analytical tool, managing large persistent datasets in Ceph, a wide-spread cluster file-system. We propose nativeNDP – a framework for Near Data Processing that pushes down primitive R tasks and executes them in-situ, directly within the storage device of a cluster-node. Across a range of data sizes, we show that nativeNDP is more than an order of magnitude faster than other pushdown alternatives.
Ganz gleich, ob im privaten oder beruflichen Alltag, begleiten uns digitale Medien heute nahezu überall. Dabei dienen sie nicht nur zur Unterhaltung, sondern helfen uns, Arbeitsabläufe effizienter und produktiver durchzuführen. Doch die Arbeit des Menschen ist bei Weitem nicht überflüssig geworden. Durch die steigenden Anforderungen ist die Nachfrage nach qualifiziertem Fachpersonal heute höher denn je. Währenddessen müssen Mitarbeiter in der Lage sein, mit der rasanten Entwicklung neuer Produkte und Technologien Schritt zu halten. Dabei ist eine qualitative Aus- und Weiterbildung unumgänglich. Beginnend mit der Bildung von Medienkompetenz in Schulen bis hin zur Fach- und Berufsbildung sowie beruflichen Weiterbildung, muss der Umgang mit digitalen Technologien gelehrt sein. Darüber hinaus bieten diese Technologien neue Potenziale zur Verbesserung von Bildungskonzepten und können zudem dabei helfen, den Lernerfolg zu steigern.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Evaluation einer VR-basierten Lernumgebung und untersucht mögliche Auswirkungen auf den Lernerfolg durch die verkörperte Darstellung eines virtuellen Instruktors. Dazu wurde die technische Implementierung einer kollaborativen Lernumgebung vorgenommen, mit welcher anschließend eine Versuchsreihe mit 16 Probanden durchgeführt wurde. Im Hinblick auf eine mögliche Steigerung der Effizienz in der eigenständigen Bewältigung von Montageaufgaben nach unterschiedlichen Instruktionsarten, wurden keine signifikanten Leistungsverbesserungen festgestellt.
Type 1 diabetes is a chronic and a life threatening disease: an adjusted treatment and a proper management of the disease are crucial to prevent or delay the complications of diabetes. Although during the last decade the development of the artificial pancreas has presented great advances in diabetes care, the multiple daily injections therapy still represents the most widely used treatment option for type 1 diabetes. This work presents the proposal and first development stages of an application focused on guiding patients using the continuous glucose monitors and smart pens together with insulin and carbohydrates recommendations. Our proposal aims to develop a platform to integrate a series of innovative machine learning models and tools rigorously tested together with the use of the latest IoT devices to manage type 1 diabetes. The resulting system actually closes the loop, like the artificial pancreas, but in an intermittent way.
Due to the rising need for palliative care in Russia, it is crucial to provide timely and high-quality solutions for patients, relatives, and caregivers. A methodology for remote monitoring of patients in need of palliative care and the requirements will be developed for a hardware-software complex for remote monitoring of patients' health at home.
The potentials and opportunities created by digitized healthcare can be further customized through smart data processing and analysis using accurate patient information. This development and the associated new treatment concepts basing on digital smart sensors can lead to an increase in motivation by applying gamification approaches. This effect can also be used in the field of medical treatment, e.g. with the help of a digital spirometer combined with an app. In one of our exemplary applications, we show how to control an airplane within an app by breathing respectively inhaling and exhaling. Using this biofeedback within a game allows us to increase the motivation and fun for children that need to perform necessary exercises.
This paper investigates the possibility to effectively monitor and control the respiratory action using a very simple and non invasive technique based on a single lightweight reduced-size wireless surface electromyography (sEMG) sensor placed below the sternum. The captured sEMG signal, due to the critical sensor position, is characterized by a low energy level and it is affected by motion artifacts and cardiac noise. In this work we present a preliminary study performed on adults for assessing the correlation of the spirometry signal and the sEMG signal after the removal of the superimposed heart signal. This study and the related findings could be useful in respiratory monitoring of preterm infants.
During two researches the influence of technologies on sleep were analyzed. The first one is about the effect of light on the circadian rhythm and as consequence on sleep quality of persons in a vegetative state. The second one, which is still running, surveys the influence of several technical tools on the sleep of elderly people living in a nursing home.
In summary, we believe that current “sleep monitoring” consumer devices on the market must undergo a more robust validation process before being made available and distributed in the general public. This is especially noteworthy as there have been first reports in the literature that inaccurate feedback of such consumer devices can worry subjects and may even lead to compromised well-being of the user.
The cloud evolved into an attractive execution environment for parallel applications from the High Performance Computing (HPC) domain. Existing research recognized that parallel applications require architectural refactoring to benefit from cloud-specific properties (most importantly elasticity). However, architectural refactoring comes with many challenges and cannot be applied to all applications due to fundamental performance issues. Thus, during the last years, different cloud migration strategies have been considered for different classes of parallel applications. In this paper, we provide a survey on HPC cloud migration research. We investigate on the approaches applied and the parallel applications considered. Based on our findings, we identify and describe three cloud migration strategies.
Assistive environments are entering our homes faster than ever. However, there are still various barriers to be broken. One of the crucial points is a personalization of offered services and integration of assistive technologies in common objects and therefore in a regular daily routine. Recognition of sleep patterns for the preliminary sleep study is one of the Health services that could be performed in an undisturbing way. This article proposes the hardware system for the measurement of bio-vital signals necessary for initial sleep study in a nonobtrusive way. The first results confirm the potential of measurement of breathing and movement signals with the proposed system.
A clinically useful system for individual continuous health data monitoring needs an architecture that takes into account all relevant medical and technical conditions. The requirements for a health app to support such a system are collected, and a vendor independent architecture is designed that allows the collection of vital data from arbitrary wearables using a smartphone. A prototypical implementation for the main scenario shows the feasibility of the approach.
Integrating tools and applications into a clinically useful system for individual continuous health data surveillance requires an architecture considering all relevant medical and technical conditions. Therefore, the requirements of an integrated system including a health app to collect and monitor sensor data to support personalized medicine are analyzed. The structure and behavior of the system are defined regarding the specific health use cases and scenarios. A vendor-independent architecture, which enables the collection of vital data from arbitrary wearables using a smartphone, is presented. The data is centrally managed and processed by attending physicians. The modular architecture allows the system to extend to new scenarios, data formats, etc. A prototypical implementation of the system shows the feasibility of the approach.
Information and communication technologies support telemedicine to lower health access barriers and to provide better health care. While the potential in Active Assisted Living (AAL) is increasing, it is difficult to evaluate its benefits for the user, and it requires coordinated actions to launch it. The European Commission’s action plan 2012–2020 provides a roadmap to patient empowerment and healthcare, to link up devices and technologies, and to invest in research towards the personalized medicine of the future. As a quickly developing area in medicine, telemonitoring is a demanding field in research and development. Telemonitoring is an essential component of personalized medicine, where health providers can obtain precise information on outcare or chronic patients to improve diagnosis and therapy and also help healthy persons with prevention support. Telemonitoring combines mobile and wearable devices with the personal AAL home environment, a private or (partly) supervised home, most often called ’smart home’. The focus of this workshop is on new hardware and software solutions specifically designed to be applicable in AAL environments to empower patients. This workshop presents system-oriented solutions covering wearable and AAL-embedded devices, computer science infrastructure both at the users’ and the medical premises, to handle the data and decision support systems to support diagnose and treatment.
An important shift in software delivery is the definition of a cloud service as an independently deployable unit by following the microservices architectural style. Container virtualization facilitates development and deployment by ensuring independence from the runtime environment. Thus, cloud services are built as container based systems - a set of containers that control the lifecycle of software and middleware components. However, using containers leads to a new paradigm for service development and operation: Self service environments enable software developers to deploy and operate container based systems on their own - you build it, you run it. Following this approach, more and more operational aspects are transferred towards the responsibility of software developers. In this work, we propose a concept for self-adaptive cloud services based on container virtualization in line with the microservices architectural style and present a model-based approach that assists software developers in building these services. Based on operational models specified by developers, the mechanisms required for self-adaptation are automatically generated. As a result, each container automatically adapts itself in a reactive, decentralized manner. We evaluate a prototype which leverages the emerging TOSCA standard to specify operational behavior in a portable manner.
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.
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.
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.
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.
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.
Database Management Systems (DBMS) need to handle large updatable datasets in on-line transaction processing (OLTP) workloads. Most modern DBMS provide snapshots of data in multi-version concurrency control (MVCC) transaction management scheme. Each transaction operates on a snapshot of the database, which is calculated from a set of tuple versions. High parallelism and resource-efficient append-only data placement on secondary storage is enabled. One major issue in indexing tuple versions on modern hardware technologies is the high write amplification for tree-indexes.
Partitioned B-Trees (PBT) [5] is based on the structure of the ubiquitous B+ Tree [8]. They achieve a near optimal write amplification and beneficial sequential writes on secondary storage. Yet they have not been implemented in a MVCC enabled DBMS to date.
In this paper we present the implementation of PBTs in PostgreSQL extended with SIAS. Compared to PostgreSQL’s B+–Trees PBTs have 50% better transaction throughput under TPC-C and a 30% improvement to standard PostgreSQL with Heap-Only Tuples.
With the capability of employing virtually unlimited compute resources, the cloud evolved into an attractive execution environment for applications from the High Performance Computing (HPC) domain. By means of elastic scaling, compute resources can be provisioned and decommissioned at runtime. This gives rise to a new concept in HPC: Elasticity of parallel computations. However, it is still an open research question to which extent HPC applications can benefit from elastic scaling and how to leverage elasticity of parallel computations. In this paper, we discuss how to address these challenges for HPC applications with dynamic task parallelism and present TASKWORK, a cloud-aware runtime system based on our findings. TASKWORK enables the implementation of elastic HPC applications by means of higher level development frameworks and solves corresponding coordination problems based on Apache ZooKeeper. For evaluation purposes, we discuss a development framework for parallel branch-and-bound based on TASKWORK, show how to implement an elastic HPC application, and report on measurements with respect to parallel efficiency and elastic scaling.
Due to frequently changing requirements, the internal structure of cloud services is highly dynamic. To ensure flexibility, adaptability, and maintainability for dynamically evolving services, modular software development has become the dominating paradigm. By following this approach, services can be rapidly constructed by composing existing, newly developed and publicly available third-party modules. However, newly added modules might be unstable, resource-intensive, or untrustworthy. Thus, satisfying non-functional requirements such as reliability, efficiency, and security while ensuring rapid release cycles is a challenging task. In this paper, we discuss how to tackle these issues by employing container virtualization to isolate modules from each other according to a specification of isolation constraints. We satisfy non-functional requirements for cloud services by automatically transforming the modules comprised into a container-based system. To deal with the increased overhead that is caused by isolating modules from each other, we calculate the minimum set of containers required to satisfy the isolation constraints specified. Moreover, we present and report on a prototypical transformation pipeline that automatically transforms cloud services developed based on the Java Platform Module System into container-based systems.
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.
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.
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.
Informatics Inside : Connect(IT) : Informatik-Konferenz an der Hochschule Reutlingen, 9. Mai 2018
(2018)
Mit der Informatics Inside 2018 findet diese Veranstaltungsform bereits zum 10. Mal statt und wir freuen uns besonders auf dieses Jubiläum. Die diesjährige Konferenz steht unter dem Motto "connect(IT)" und zeigt damit einmal mehr die zentrale Bedeutung der Informatik im Zusammenhang mit Vernetzungen und dies auf allen Ebenen. Es geht nicht nur um die technische Vernetzung von Maschinen und Services, sondern auch um die Vernetzung von Menschen untereinander und die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine. Gerade die letzten beiden Punkte spiegeln einen der Schwerpunkte des Masterstudiengangs Human-Centered Computing sehr schön wieder. Sie finden in dem vorliegenden Tagungsband Fachbeiträge aus dem medizinischen Umfeld ebenso wie vielfältige Anwendungen aus dem Fahrzeugsektor. Selbstverständlich spielt das Thema Sicherheit in vernetzten Umgebungen eine wichtige Rolle und auch dazu finden Sie einen spannenden Beitrag. Der Kulturwandel im Bereich der Softwareentwicklung ist ebenso ein Thema wie Simulationen in verschiedenen Zusammenhängen.
Die Informatics Inside ist eine wissenschaftliche Konferenz des Masterstudiengangs Human-Centered Computing und wird von den Studierenden organisiert und durchgeführt. Sie erhalten während ihres Masterstudiums die Gelegenheit, sich in einem Fachgebiet ihrer Wahl zu vertiefen. Dies kann an der Hochschule, in einem Unternehmen, einem Forschungsinstitut oder im Ausland durchgeführt werden. Gerade diese flexible Ausgestaltung der Lehrveranstaltung "Wissenschaftliche Vertiefung" führt zu vielfältigen Themenfeldern, die von den Studierenden bearbeitet werden. Neben der eigentlichen fachlichen Vertiefung spielt auch die Präsentation von wissenschaftlichen Ergebnissen eine wichtige Rolle und dies nicht nur während des Studiums. Ein gewähltes Fachgebiet so allgemeinverständlich aufzubereiten und zu vermitteln, dass es auch für Nicht-Spezialisten verständlich wird, stellt immer wieder eine besondere Herausforderung dar.