TY  - THES
A1  - Hoßfeld, Tobias
T1  - Performance Evaluation of Future Internet Applications and Emerging User Behavior
T1  - Leistungsbewertung von zukünftigen Internet-Applikationen und auftretenden Nutzerverhaltens
N2  - In future telecommunication systems, we observe an increasing diversity of access networks. The separation of transport services and applications or services leads to multi-network services, i.e., a future service has to work transparently to the underlying network infrastructure. Multi-network services with edge-based intelligence, like P2P file sharing or the Skype VoIP service, impose new traffic control paradigms on the future Internet. Such services adapt the amount of consumed bandwidth to reach different goals. A selfish behavior tries to keep the QoE of a single user above a certain level. Skype, for instance, repeats voice samples depending on the perceived end-to-end loss. From the viewpoint of a single user, the replication of voice data overcomes the degradation caused by packet loss and enables to maintain a certain QoE. The cost for this achievement is a higher amount of consumed bandwidth. However, if the packet loss is caused by congestion in the network, this additionally required bandwidth even worsens the network situation. Altruistic behavior, on the other side, would reduce the bandwidth consumption in such a way that the pressure on the network is released and thus the overall network performance is improved. In this monograph, we analyzed the impact of the overlay, P2P, and QoE paradigms in future Internet applications and the interactions from the observing user behavior. The shift of intelligence toward the edge is accompanied by a change in the emerging user behavior and traffic profile, as well as a change from multi-service networks to multi-networks services. In addition, edge-based intelligence may lead to a higher dynamics in the network topology, since the applications are often controlled by an overlay network, which can rapidly change in size and structure as new nodes can leave or join the overlay network in an entirely distributed manner. As a result, we found that the performance evaluation of such services provides new challenges, since novel key performance factors have to be first identified, like pollution of P2P systems, and appropriate models of the emerging user behavior are required, e.g. taking into account user impatience. As common denominator of the presented studies in this work, we focus on a user-centric view when evaluating the performance of future Internet applications. For a subscriber of a certain application or service, the perceived quality expressed as QoE will be the major criterion of the user's satisfaction with the network and service providers. We selected three different case studies and characterized the application's performance from the end user's point of view. Those are (1) cooperation in mobile P2P file sharing networks, (2) modeling of online TV recording services, and (3) QoE of edge-based VoIP applications. The user-centric approach facilitates the development of new mechanisms to overcome problems arising from the changing user behavior. An example is the proposed CycPriM cooperation strategy, which copes with selfish user behavior in mobile P2P file sharing system. An adequate mechanism has also been shown to be efficient in a heterogeneous B3G network with mobile users conducting vertical handovers between different wireless access technologies. The consideration of the user behavior and the user perceived quality guides to an appropriate modeling of future Internet applications. In the case of the online TV recording service, this enables the comparison between different technical realizations of the system, e.g. using server clusters or P2P technology, to properly dimension the installed network elements and to assess the costs for service providers. Technologies like P2P help to overcome phenomena like flash crowds and improve scalability compared to server clusters, which may get overloaded in such situations. Nevertheless, P2P technology invokes additional challenges and different user behavior to that seen in traditional client/server systems. Beside the willingness to share files and the churn of users, peers may be malicious and offer fake contents to disturb the data dissemination. Finally, the understanding and the quantification of QoE with respect to QoS degradations permits designing sophisticated edge-based applications. To this end, we identified and formulated the IQX hypothesis as an exponential interdependency between QoE and QoS parameters, which we validated for different examples. The appropriate modeling of the emerging user behavior taking into account the user's perceived quality and its interactions with the overlay and P2P paradigm will finally help to design future Internet applications.
N2  - Applikationen im heutigen Internet werden immer mehr durch intelligente Endknoten bereitgestellt, deren Kommunikation in logischen, virtuellen Netzwerken, (Overlays) realisiert wird. Die verstärkte Diensterbringung durch solche Overlays, wie zum Beispiel bei Peer-to-Peer Dateitauschbörsen oder Telefonie über das Internet, wird durch einen Paradigmenwechsel von Multi-Service Networks zu Multi-Network Services beschrieben. Während in einem Multi-Service Network verschiedene Dienste innerhalb eines Netzes angeboten werden, beschreibt ein Multi-Network Service die Diensterbringung über verschiedene Netze und Netzzugangstechnologien, wie es im Internet der Fall ist. Dadurch kann die technische Güte des Telekommunikationsdienstes (Quality of Service, QoS) nicht mehr die alleinige Metrik für die Qualität eines Dienstes sein. Stattdessen ist die vom Nutzer erfahrene Dienstgüte (User Perceived Quality of Experience, QoE) zu betrachten. Diese QoE muss entsprechend modelliert werden, um die Performanz von heutigen oder auch zukünftigen Internetapplikationen zu beurteilen. Die Berücksichtigung der QoE beinhaltet unter anderem auch neuartige Verhaltensweisen der Teilnehmer, die ebenfalls modelliert werden müssen. Ein Beispiel ist der Dienstabbruch durch ungeduldige Nutzer beim Herunterladen von Filmen oder bei nicht ausreichender Qualität bei Internet-Telefonie. Durch die Verschiebung der Intelligenz von Applikationen in Richtung Endknoten entstehen neu aufkommende Verhaltensweisen der Teilnehmer und sich ändernde Charakteristika des Netzwerkverkehrs, die sie von klassischen Client-Server-Anwendungen unterscheiden. Beispiele hierfür sind egoistisches oder altruistisches Nutzerverhalten bei der Einbringung von Endnutzer-Ressourcen zur Diensterbringung oder auch bösartiges Nutzerverhalten bei der gezielten Störung eines Dienstes (Pollution). In beiden Fällen sind die zeitdynamischen Verhaltensmuster (Churn, Flash Crowds) zu berücksichtigen. Um die ausgedehnten Overlay. Netze zu planen und zu evaluieren, sind überdies auch neue Leistungsbewertungsmodelle notwendig, damit zum Beispiel die Simulation skaliert oder aber auch zeitdynamische Nutzerverhalten in analytischen Modellen abgebildet wird. Diese Doktorarbeit arbeitet diese Aspekte an drei Anwendungsbeispielen auf: Verteilernetz für Dateiinhalte (Content Distribution Network), Netzwerk-basierte Videorekorder (Online TV Recorder) und Sprachtelefonie über P2P (VoP2P). Die Ergebnisse und Untersuchungen dieser Arbeit gliedern sich entsprechend dieser Anwendungsbeispiele.
T3  - Würzburger Beiträge zur Leistungsbewertung Verteilter Systeme - 01/09 
KW  - Leistungsbewertung
KW  - Peer-to-Peer-Netz
KW  - Dienstgüte
KW  - Overlay-Netz
KW  - Mathematische Modellierung
KW  - BitTorrent
KW  - Skype
KW  - Warteschlangentheorie
KW  - zukünftiges Internet
KW  - vom Nutzer erfahrene Dienstgüte QoE
KW  - Multi-Netzwerk Dienste
KW  - intelligente Applikationen
KW  - Verteilung von Inhalten
KW  - Future Internet
KW  - Quality of Experience QoE
KW  - Multi-Network Service
KW  - Edge-based Intelligence
KW  - Content Distribution
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-37570
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Hirth, Matthias
A1  - Seufert, Michael
A1  - Lange, Stanislav
A1  - Meixner, Markus
A1  - Tran-Gia, Phuoc
T1  - Performance evaluation of hybrid crowdsensing and fixed sensor systems for event detection in urban environments
JF  - Sensors
N2  - Crowdsensing offers a cost-effective way to collect large amounts of environmental sensor data; however, the spatial distribution of crowdsensing sensors can hardly be influenced, as the participants carry the sensors, and, additionally, the quality of the crowdsensed data can vary significantly. Hybrid systems that use mobile users in conjunction with fixed sensors might help to overcome these limitations, as such systems allow assessing the quality of the submitted crowdsensed data and provide sensor values where no crowdsensing data are typically available. In this work, we first used a simulation study to analyze a simple crowdsensing system concerning the detection performance of spatial events to highlight the potential and limitations of a pure crowdsourcing system. The results indicate that even if only a small share of inhabitants participate in crowdsensing, events that have locations correlated with the population density can be easily and quickly detected using such a system. On the contrary, events with uniformly randomly distributed locations are much harder to detect using a simple crowdsensing-based approach. A second evaluation shows that hybrid systems improve the detection probability and time. Finally, we illustrate how to compute the minimum number of fixed sensors for the given detection time thresholds in our exemplary scenario.
KW  - crowdsensing
KW  - event detection
KW  - detection time simulation
KW  - performance analysis
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-245245
SN  - 1424-8220
VL  - 21
IS  - 17
ER  - 
TY  - THES
A1  - Geißler, Stefan
T1  - Performance Evaluation of Next-Generation Data Plane Architectures and their Components
T1  - Leistungsbewertung von Data Plane Architekturen der Nächsten Generation sowie ihrer Einzelkomponenten
N2  - In this doctoral thesis we cover the performance evaluation of next generation data plane architectures, comprised of complex software as well as programmable hardware components that allow fine granular configuration. In the scope of the thesis we propose mechanisms to monitor the performance of singular components and model key performance indicators of software based packet processing solutions. We present novel approaches towards network abstraction that allow the integration of heterogeneous data plane technologies into a singular network while maintaining total transparency between control and data plane. Finally, we investigate a full, complex system consisting of multiple software-based solutions and perform a detailed performance analysis. We employ simulative approaches to investigate overload control mechanisms that allow efficient operation under adversary conditions. The contributions of this work build the foundation for future research in the areas of network softwarization and network function virtualization.
N2  - Diese Doktorarbeit behandelt die Leistungsbewertung von Data Plane Architekturen der nächsten Generation, die aus komplexen Softwarelösungen sowie programmierbaren Hardwarekomponenten bestehen. Hierbei werden Mechanismen entwickelt, die es ermöglichen, die Leistungsfähigkeit einzelner Komponenten zu messen und zentrale Leistungsindikatoren softwarebasierter Systeme zur Verarbeitung von Datenpaketen zu modellieren. Es werden neuartige Ansätze zur Netzabstraktion entworfen, die eine vollständig transparente Integration heterogener Technologien im selben Netz ermöglichen. Schließlich wird eine umfassende Leistungsbewertung eines komplexen Systems, das aus einer Vielzahl softwarebasierter Netzfunktionen besteht, durchgeführt. Anhand simulativer Modelle werden Überlastkontrollmechanismen entwickelt, die es dem System erlauben auch unter Überlast effizient zu arbeiten. Die Beiträge dieser Arbeit bilden die Grundlage weiterer Forschungen im Bereich der Softwarisierung von Netzen sowie der Virtualisierung von Netzfunktionen.
T3  - Würzburger Beiträge zur Leistungsbewertung Verteilter Systeme - 02/21 
KW  - Leistungsbewertung
KW  - Simulation
KW  - Zeitdiskretes System
KW  - Implementierung <Informatik>
KW  - performance evaluation
KW  - simulation
KW  - discrete-time analysis
KW  - network softwarization
KW  - mobile networks
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-260157
SN  - 1432-8801
ER  - 
TY  - THES
A1  - Henjes, Robert
T1  - Performance Evaluation of Publish/Subscribe Middleware Architectures
T1  - Leistungsuntersuchung von Publish/Subscribe Middleware Architekturen
N2  - While developing modern applications, it is necessary to ensure an efficient and performant communication between different applications. In current environments, a middleware software is used, which supports the publish/subscribe communication pattern. Using this communication pattern, a publisher sends information encapsulated in messages to the middleware. A subscriber registers its interests at the middleware. The monograph describes three different steps to determine the performance of such a system. In a first step, the message throughput performance of a publish/subscribe in different scenarios is measured using a Java Message Service (JMS) based implementation. In the second step the maximum achievable message throughput is described by adapted models depending on the filter complexity and the replication grade. Using the model, the performance characteristics of a specific system in a given scenario can be determined. These numbers are used for the queuing model described in the third part of the thesis, which supports the dimensioning of a system in realistic scenarios. Additionally, we introduce a method to approximate an M/G/1 system numerically in an efficient way, which can be used for real time analysis to predict the expected performance in a certain scenario. Finally, the analytical model is used to investigate different possibilities to ensure the scalability of the maximum achievable message throughput of the overall system.
N2  - Bei der Entwicklung moderner Applikationen ist es notwendig eine effiziente und performante Kommunikation zwischen den einzelnen Anwendungen sicherzustellen. In der Praxis kommt dabei eine Middleware Software zum Einsatz, die das Publish/Subscribe Kommunikationsmuster unterstützt. Dabei senden Publisher Informationen in Form von Nachrichten an die Middleware. Die Subscriber hingegen zeigen durch die Nutzung von Filtern der Middleware an, welche Informationen zugestellt werden sollen. Die Arbeit beschreibt ein dreistufiges Verfahren zur Leistungsbestimmung eines solchen Systems. Zunächst wird durch Messung die Leistung von Publish/Subscribe Systemen in verschiedenen Szenarien untersucht am Beispiel von Java Message Service (JMS) basierten Implementierungen. Danach wird der maximale Nachrichtendurchsatz in Abhängigkeit der Filterkomplexität und des Nachrichtenreplikationsgrades durch einfache Modelle beschrieben. Damit können die Leistungskennwerte für ein System und vorgegebenen Randbedingungen beschrieben werden. Im dritten Teil wird mittels Leistungsbewertung und durch Anwendung eines Warteschlangenmodells die Leistung in praxisnahen Umfeld beschrieben, so dass eine Dimensionierung möglich wird. Zusätzlich wird ein mathematisch, approximatives Verfahren vorgestellt, um ein M/G/1 System numerisch effizient berechnen zu können, was bei der Echtzeitbewertung eines Systems zur Leistungsvorhersage benutzt werden kann. Des Weiteren werden mittels des Modells Möglichkeiten untersucht die Skalierbarkeit des Gesamtsystems in Bezug auf den Nachrichtendurchsatz sicherzustellen.
T3  - Würzburger Beiträge zur Leistungsbewertung Verteilter Systeme - 04/10 
KW  - Middleware
KW  - Publish-Subscribe-System
KW  - Java Message Service
KW  - Leistungsbewertung
KW  - Middleware
KW  - Publish-Subscribe-System
KW  - Java Message Service
KW  - Performance Evaluation
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-53388
ER  - 
TY  - THES
A1  - Klein, Alexander
T1  - Performance Issues of MAC and Routing Protocols in Wireless Sensor Networks
T1  - Leistungsbeschränkende Faktoren von MAC und Routingprotokollen in drahtlosen Sensornetzen
N2  - The focus of this work lies on the communication issues of Medium Access Control (MAC) and routing protocols in the context of WSNs. The communication challenges in these networks mainly result from high node density, low bandwidth, low energy constraints and the hardware limitations in terms of memory, computational power and sensing capabilities of low-power transceivers. For this reason, the structure of WSNs is always kept as simple as possible to minimize the impact of communication issues. Thus, the majority of WSNs apply a simple one hop star topology since multi-hop communication has high demands on the routing protocol since it increases the bandwidth requirements of the network. Moreover, medium access becomes a challenging problem due to the fact that low-power transceivers are very limited in their sensing capabilities. The first contribution is represented by the Backoff Preamble-based MAC Protocol with Sequential Contention Resolution (BPS-MAC) which is designed to overcome the limitations of low-power transceivers. Two communication issues, namely the Clear Channel Assessment (CCA) delay and the turnaround time, are directly addressed by the protocol. The CCA delay represents the period of time which is required by the transceiver to detect a busy radio channel while the turnaround time specifies the period of time which is required to switch between receive and transmit mode. Standard Carrier Sense Multiple Access (CSMA) protocols do not achieve high performance in terms of packet loss if the traffic is highly correlated due to the fact that the transceiver is not able to sense the medium during the switching phase. Therefore, a node may start to transmit data while another node is already transmitting since it has sensed an idle medium right before it started to switch its transceiver from receive to transmit mode. The BPS-MAC protocol uses a new sequential preamble-based medium access strategy which can be adapted to the hardware capabilities of the transceivers. The protocol achieves a very low packet loss rate even in wireless networks with high node density and event-driven traffic without the need of synchronization. This makes the protocol attractive to applications such as structural health monitoring, where event suppression is not an option. Moreover, acknowledgments or complex retransmission strategies become almost unnecessary since the sequential preamble-based contention resolution mechanism minimizes the collision probability. However, packets can still be lost as a consequence of interference or other issues which affect signal propagation. The second contribution consists of a new routing protocol which is able to quickly detect topology changes without generating a large amount of overhead. The key characteristics of the Statistic-Based Routing (SBR) protocol are high end-to-end reliability (in fixed and mobile networks), load balancing capabilities, a smooth continuous routing metric, quick adaptation to changing network conditions, low processing and memory requirements, low overhead, support of unidirectional links and simplicity. The protocol can establish routes in a hybrid or a proactive mode and uses an adaptive continuous routing metric which makes it very flexible in terms of scalability while maintaining stable routes. The hybrid mode is optimized for low-power WSNs since routes are only established on demand. The difference of the hybrid mode to reactive routing strategies is that routing messages are periodically transmitted to maintain already established routes. However, the protocol stops the transmission of routing messages if no data packets are transmitted for a certain time period in order to minimize the routing overhead and the energy consumption. The proactive mode is designed for high data rate networks which have less energy constraints. In this mode, the protocol periodically transmits routing messages to establish routes in a proactive way even in the absence of data traffic. Thus, nodes in the network can immediately transmit data since the route to the destination is already established in advance. In addition, a new delay-based routing message forwarding strategy is introduced. The forwarding strategy is part of SBR but can also be applied to many routing protocols in order to modify the established topology. The strategy can be used, e.g. in mobile networks, to decrease the packet loss by deferring routing messages with respect to the neighbor change rate. Thus, nodes with a stable neighborhood forward messages faster than nodes within a fast changing neighborhood. As a result, routes are established through nodes with correlated movement which results in fewer topology changes due to higher link durations.
N2  - Im Rahmen dieser Arbeit werden leistungsbeschränkende Faktoren von Medium Access Control (MAC) und Routingprotokollen im Kontext von drahtlosen Sensornetzen untersucht. Zunächst werden typische Probleme des Funkkanals diskutiert. Anschließend führen eine Einteilung von MAC Protokollen, sowie eine Gegenüberstellung relevanter Protokolle in die Thematik ein. Daraufhin werden hardwarelimitierende Faktoren und deren Auswirkung auf die Effizienz von Kanalzugriffsprotokollen untersucht. Des Weiteren wird das vom Autor entwickelte Backoff Preamble-based MAC Protokoll (BPS-MAC) vorgestellt, welches auf die limitierten Fähigkeiten sensortypischer Hardware eingeht und für dichte Sensornetze mit korreliertem Datenverkehr optimiert ist. Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit stellt das Thema Routing dar. Hier wird ebenfalls mit einer Einteilung der Protokolle in die Thematik eingeführt. Darüber hinaus werden die wichtigsten Aufgaben von Routingprotokollen vorgestellt. Ein Überblick über häufig verwendete Routingmetriken und Routingprotokolle schließen die Einführung in diesen Themenkomplex ab. Abschließend wird das im Rahmen der Dissertation entwickelte Statistic-Based-Routing (SBR) Protokoll vorgestellt, welches ebenfalls für drahtlose Sensornetze optimiert ist. Der letzte Schwerpunkt beschreibt die Problematik der Leistungsbewertung von Routingprotokollen hinsichtlich klassischer Leistungsparameter wie Paketverlust und Verzögerung. Ebenfalls werden weitere Leistungsparameter wie zum Beispiel die vom Nutzer wahrgenommene Netzqualität genauer untersucht.
T3  - Würzburger Beiträge zur Leistungsbewertung Verteilter Systeme - 03/10 
KW  - Routing
KW  - Drahtloses Sensorsystem
KW  - Leistungsbewertung
KW  - Diskrete Simulation
KW  - MAC
KW  - Kanalzugriff
KW  - Medium <Physik>
KW  - MAC
KW  - routing
KW  - sensor
KW  - networks
KW  - simulation
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-52870
ER  - 
TY  - THES
A1  - Zinner, Thomas
T1  - Performance Modeling of QoE-Aware Multipath Video Transmission in the Future Internet
T1  - Leistungsmodellierung einer Mehrpfad Video Übertragung im zukünftigen Internet unter Berücksichtigung der QoE
N2  - Internet applications are becoming more and more flexible to support diverge user demands and network conditions. This is reflected by technical concepts, which provide new adaptation mechanisms to allow fine grained adjustment of the application quality and the corresponding bandwidth requirements. For the case of video streaming, the scalable video codec H.264/SVC allows the flexible adaptation of frame rate, video resolution and image quality with respect to the available network resources. In order to guarantee a good user-perceived quality (Quality of Experience, QoE) it is necessary to adjust and optimize the video quality accurately. But not only have the applications of the current Internet changed. Within network and transport, new technologies evolved during the last years providing a more flexible and efficient usage of data transport and network resources. One of the most promising technologies is Network Virtualization (NV) which is seen as an enabler to overcome the ossification of the Internet stack. It provides means to simultaneously operate multiple logical networks which allow for example application-specific addressing, naming and routing, or their individual resource management. New transport mechanisms like multipath transmission on the network and transport layer aim at an efficient usage of available transport resources. However, the simultaneous transmission of data via heterogeneous transport paths and communication technologies inevitably introduces packet reordering. Additional mechanisms and buffers are required to restore the correct packet order and thus to prevent a disturbance of the data transport. A proper buffer dimensioning as well as the classification of the impact of varying path characteristics like bandwidth and delay require appropriate evaluation methods. Additionally, for a path selection mechanism real time evaluation mechanisms are needed. A better application-network interaction and the corresponding exchange of information enable an efficient adaptation of the application to the network conditions and vice versa. This PhD thesis analyzes a video streaming architecture utilizing multipath transmission and scalable video coding and develops the following optimization possibilities and results: Analysis and dimensioning methods for multipath transmission, quantification of the adaptation possibilities to the current network conditions with respect to the QoE for H.264/SVC, and evaluation and optimization of a future video streaming architecture, which allows a better interaction of application and network.
N2  - Die Applikationen im Internet passen sich immer besser an unterschiedliche Anforderungen der Nutzer und variierende Netzwerkbedingungen an. Neue Mechanismen ermöglichen die zielgerichtete Anpassung der Anwendungsqualität und damit der benötigten Bandbreite. Im Falle von Videostreaming ermöglicht der skalierbare Videocodec H.264/SVC, die flexible Veränderung der Bildwiederholungsrate, der Auflösung des Videos und der Bildqualität an die vorhandenen Ressourcen im Netzwerk. Um eine gute vom Nutzer erfahrene Dienstgüte (Quality of Experience, QoE) zu garantieren, muss die Videoqualität richtig angepasst und optimiert werden. Aber nicht nur die Anwendungen des heutigen Internets haben sich verändert. Gerade in den letzten Jahren entstanden neue Netzwerk- und Transporttechnologien, welche eine flexiblere und effizientere Nutzung der Kommunikationsnetze erlauben. Eine dieser Techniken ist die Virtualisierung von Netzwerken. Sie erlaubt es auf einem gemeinsamen physikalischen Netz verschiedene logische Netze zu betreiben, die zum Beispiel Anwendungs-abhängige Adressierung unterstützen, eigene Namensgebung erlauben oder ein individuelles Ressourcen Management ermöglichen. Neuartige Transportmechanismen wie Mehrpfadübertragung auf Netzwerk- und Transportebene des ISO/OSI Stacks streben eine effiziente Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Übertragungsmöglichkeiten an. Doch die simultane Übertragung von Daten über heterogene Kommunikationspfade und –technologien führt unausweichlich zu einer Veränderung der Reihenfolge, in der die Pakete ankommen. Es werden zusätzliche Mechanismen und Puffer benötigt, um die ursprüngliche Paketreihenfolge wieder herzustellen und so einen störenden Einfluss auf den Datentransport zu verhindern. Die richtige Dimensionierung dieser Puffer sowie die Klassifizierung des Einflusses von variierenden Pfadparametern wie Bandbreite und Verzögerungen setzen passende Evaluierungsmethoden voraus. Darüber hinaus werden für die Auswahl von geeigneten Pfaden aus einer Menge vorhandener Pfade echtzeitfähige Bewertungsmechanismen benötigt. Eine bessere Interaktion zwischen Applikationen und Netzwerk und der damit verbundene Informationsaustausch ermöglicht die effiziente Anpassung der Applikationsqualität an das Netzwerk und umgekehrt. Diese Doktorarbeit analysiert eine auf Mehrpfadübertragung und skalierbarer Videokodierung basierende Videostreaming Architektur und erarbeitet die folgenden Optimierungsmöglichkeiten und Auswertungen: Analyse- und Dimensionierungsmethoden für Mehrpfadübertragung, Quantifizierung der Anpassungsmöglichkeiten von SVC an das Netzwerk unter Berücksichtigung der QoE und Evaluierung und Optimierung einer zukünftigen Videostreaming Architektur, welche eine stärkere Interaktion zwischen Applikation und Netzwerk ermöglicht.
T3  - Würzburger Beiträge zur Leistungsbewertung Verteilter Systeme - 03/12 
KW  - Videoübertragung
KW  - H.264 SVC
KW  - Modellierung
KW  - Quality-of-Experience
KW  - Mehrpfadübertragung
KW  - Multipath Transmission
KW  - Video Streaming
KW  - H.264/SVC
KW  - QoE
KW  - Performance Modeling
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-72324
ER  - 
TY  - THES
A1  - Mäder, Andreas
T1  - Performance Models for UMTS 3.5G Mobile Wireless Systems
T1  - Leistungsmodelle für UMTS 3.5G Mobilfunksysteme
N2  - Mobile telecommunication systems of the 3.5th generation (3.5G) constitute a first step towards the requirements of an all-IP world. As the denotation suggests, 3.5G systems are not completely new designed from scratch. Instead, they are evolved from existing 3G systems like UMTS or cdma2000. 3.5G systems are primarily designed and optimized for packet-switched best-effort traffic, but they are also intended to increase system capacity by exploiting available radio resources more efficiently. Systems based on cdma2000 are enhanced with 1xEV-DO (EV-DO: evolution, data-optimized). In the UMTS domain, the 3G partnership project (3GPP) specified the High Speed Packet Access (HSPA) family, consisting of High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) and its counterpart High Speed Uplink Packet Access (HSUPA) or Enhanced Uplink. The focus of this monograph is on HSPA systems, although the operation principles of other 3.5G systems are similar. One of the main contributions of our work are performance models which allow a holistic view on the system. The models consider user traffic on flow-level, such that only on significant changes of the system state a recalculation of parameters like bandwidth is necessary. The impact of lower layers is captured by stochastic models. This approach combines accurate modeling and the ability to cope with computational complexity. Adopting this approach to HSDPA, we develop a new physical layer abstraction model that takes radio resources, scheduling discipline, radio propagation and mobile device capabilities into account. Together with models for the calculation of network-wide interference and transmit powers, a discrete-event simulation and an analytical model based on a queuing-theoretical approach are proposed. For the Enhanced Uplink, we develop analytical models considering independent and correlated other-cell interference.
N2  - Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit Mobilfunksystemen der Generation 3.5 im Allgemeinen, und mit den UMTS-spezifischen Ausprägungen HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) und HSUPA (High Speed Uplink Packet Access) bzw. Enhanced Uplink im speziellen. Es werden integrierte Systeme betrachtet, d.h. 3.5G Datenkanäle koexistieren mit "klassischen" UMTS Datenkanälen wie in den Spezifikationen von UMTS Release ´99 beschrieben.
T3  - Würzburger Beiträge zur Leistungsbewertung Verteilter Systeme - 02/08 
KW  - Mobilfunk
KW  - Leistungsbewertung
KW  - UMTS
KW  - HSPA
KW  - Funkressourcenverwaltung
KW  - Modellierungstechniken
KW  - Netzwerkplanung
KW  - UMTS
KW  - HSPA
KW  - radio resource management
KW  - modeling techniques
KW  - network planning
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-32525
ER  - 
TY  - THES
A1  - Pries, Jan Rastin
T1  - Performance Optimization of Wireless Infrastructure and Mesh Networks
T1  - Leistungsoptimierung von drahtlosen Infrastruktur und Mesh Netzen
N2  - Future broadband wireless networks should be able to support not only best effort traffic but also real-time traffic with strict Quality of Service (QoS) constraints. In addition, their available resources are scare and limit the number of users. To facilitate QoS guarantees and increase the maximum number of concurrent users, wireless networks require careful planning and optimization. In this monograph, we studied three aspects of performance optimization in wireless networks: resource optimization in WLAN infrastructure networks, quality of experience control in wireless mesh networks, and planning and optimization of wireless mesh networks. An adaptive resource management system is required to effectively utilize the limited resources on the air interface and to guarantee QoS for real-time applications. Thereby, both WLAN infrastructure and WLAN mesh networks have to be considered. An a-priori setting of the access parameters is not meaningful due to the contention-based medium access and the high dynamics of the system. Thus, a management system is required which dynamically adjusts the channel access parameters based on the network load. While this is sufficient for wireless infrastructure networks, interferences on neighboring paths and self-interferences have to be considered for wireless mesh networks. In addition, a careful channel allocation and route assignment is needed. Due to the large parameter space, standard optimization techniques fail for optimizing large wireless mesh networks. In this monograph, we reveal that biology-inspired optimization techniques, namely genetic algorithms, are well-suitable for the planning and optimization of wireless mesh networks. Although genetic algorithms generally do not always find the optimal solution, we show that with a good parameter set for the genetic algorithm, the overall throughput of the wireless mesh network can be significantly improved while still sharing the resources fairly among the users.
N2  - Die Anbindung an das Internet erfolgt zunehmend über drahtlose Netze. Deren Ressourcen sind allerdings limitiert, was die Anzahl der unterstützten Nutzer stark einschränkt. Zudem ist ein Trend dieser Nutzer weg von der Verwendung reiner Datendienste zu Diensten mit Echtzeitanforderungen wie Voice over IP (VoIP) zu erkennen, deren Dienstgüteanforderungen eingehalten werden müssen. Heutige drahtlose Zugangsnetze sind jedoch nur für den herkömmlichen Datenverkehr ausgelegt. Der IEEE 802.11 WLAN Standard unterscheidet zwar zwischen verschiedenen Dienstklassen, gibt aber keine Dienstgütegarantien. Um die Dienstgüte (Quality of Service, QoS), bzw. die vom Nutzer erfahrene Dienstgüte (Quality of Experience, QoE) zu garantieren, müssen die zukünftigen drahtlosen Netze daher sorgfältig geplant und optimiert werden. Um die limitierten Ressourcen auf der Luftschnittstelle effektiv zu nutzen und um Dienstgüteanforderungen für Echtzeitanwendungen einzuhalten, bedarf es eines adaptiven Ressourcenmanagements. Dabei sind sowohl drahtlose Infrastruktur, als auch drahtlose Mesh-Netze zu betrachten. Durch den randomisierten Medienzugriff und die hohe Dynamik im System ist eine a-priori Wahl der Zugangsparameter nicht sinnvoll. Vielmehr wird ein Managementsystem benötigt, das die Zugangsparameter dynamisch in Abhängigkeit der Last in einem Netz wählt. Während dies für drahtlose Infrastrukturnetze ausreicht, müssen in drahtlosen Mesh-Netzen zusätzlich noch Interferenzen von Nachbarpfaden und Eigeninterferenzen berücksichtigt werden. Desweiteren ist eine sorgfältige Planung der Kanalzuweisung und des Routings notwendig, um einerseits den Durchsatz in drahtlosen Mesh-Netzen zu maximieren und andererseits die Ressourcen fair zwischen den Stationen aufzuteilen. Da es dabei eine Vielzahl von Parametern zu berücksichtigen gilt, sind neue Optimierungsmethoden notwendig, die es ermöglichen, auch große Mesh-Netze in annehmbarer Zeit zu planen und zu optimieren. Diese Doktorarbeit arbeitet die folgenden drei Optimierungsmöglichkeiten für drahtlose Zugangsnetze aus: Optimierung der Zugangsparameter in drahtlosen Infrastrukturnetzen, Optimierung von drahtlosen Mesh-Netzen unter Berücksichtigung der QoE und Planung und Optimierung von drahtlosen Mesh-Netzen mit Berücksichtigung einer fairen Ressourcenallokation. Die Ergebnisse und Untersuchungen dieser Arbeit gliedern sich entsprechend dieser Optimierungsmöglichkeiten.
T3  - Würzburger Beiträge zur Leistungsbewertung Verteilter Systeme - 01/10 
KW  - IEEE 802.11
KW  - Leistungsbewertung
KW  - Optimierung
KW  - Dienstgüte
KW  - Netzplanung
KW  - Drahtloses lokales Netz
KW  - WLAN
KW  - Mesh Netze
KW  - Genetische Optimierung
KW  - WLAN
KW  - Optimization
KW  - Mesh Networks
KW  - Genetic Optimization
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-46097
ER  - 
TY  - INPR
A1  - Nassourou, Mohamadou
T1  - Philosophical and Computational Approaches for Estimating and Visualizing Months of Revelations of Quranic Chapters
N2  - The question of why the Quran structure does not follow its chronology of revelation is a recurring one. Some Islamic scholars such as [1] have answered the question using hadiths, as well as other philosophical reasons based on internal evidences of the Quran itself. Unfortunately till today many are still wondering about this issue. Muslims believe that the Quran is a summary and a copy of the content of a preserved tablet called Lawhul-Mahfuz located in the heaven. Logically speaking, this suggests that the arrangement of the verses and chapters is expected to be similar to that of the Lawhul-Mahfuz. As for the arrangement of the verses in each chapter, there is unanimity that it was carried out by the Prophet himself under the guidance of Angel Gabriel with the recommendation of God. But concerning the ordering of the chapters, there are reports about some divergences [3] among the Prophet’s companions as to which chapter should precede which one. This paper argues that Quranic chapters might have been arranged according to months and seasons of revelation. In fact, based on some verses of the Quran, it is defendable that the Lawhul-Mahfuz itself is understood to have been structured in terms of the months of the year. In this study, philosophical and mathematical arguments for computing chapters’ months of revelation are discussed, and the result is displayed on an interactive scatter plot.
KW  - Text Mining
KW  - Visualisierung
KW  - Koran
KW  - Text mining
KW  - Visualization
KW  - Chronology of revelation
KW  - Chapters arrangement
KW  - Quran
KW  - Lawhul-Mahfuz
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-65784
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wojtkowiak, Harald
T1  - Planungssystem zur Steigerung der Autonomie von Kleinstsatelliten
T1  - Planningsystem to increase the autonomy of small satellites
N2  - Der Betrieb von Satelliten wird sich in Zukunft gravierend ändern. Die bisher ausgeübte konventionelle Vorgehensweise, bei der die Planung der vom Satelliten auszuführenden Aktivitäten sowie die Kontrolle hierüber ausschließlich vom Boden aus erfolgen, stößt bei heutigen Anwendungen an ihre Grenzen. Im schlimmsten Fall verhindert dieser Umstand sogar die Erschließung bisher ungenutzter Möglichkeiten. Der Gewinn eines Satelliten, sei es in Form wissenschaftlicher Daten oder der Vermarktung satellitengestützter Dienste, wird daher nicht optimal ausgeschöpft. 
Die Ursache für dieses Problem lässt sich im Grunde auf eine ausschlaggebende Tatsache zurückführen: Konventionelle Satelliten können ihr Verhalten, d.h. die Folge ihrer Tätigkeiten, nicht eigenständig anpassen. Stattdessen erstellt das Bedienpersonal am Boden - vor allem die  Operatoren - mit Hilfe von Planungssoftware feste Ablaufpläne, die dann in Form von Kommandosequenzen von den Bodenstationen aus an die jeweiligen Satelliten hochgeladen werden. Dort werden die Befehle lediglich überprüft, interpretiert und strikt ausgeführt. Die Abarbeitung erfolgt linear. Situationsbedingte Änderungen, wie sie vergleichsweise bei der Codeausführung von Softwareprogrammen durch Kontrollkonstrukte, zum Beispiel Schleifen und Verzweigungen, üblich sind, sind typischerweise nicht vorgesehen. Der Operator ist daher die einzige Instanz, die das Verhalten des Satelliten mittels Kommandierung, per Upload, beeinflussen kann, und auch nur dann, wenn ein direkter Funkkontakt zwischen Satellit und Bodenstation besteht. Die dadurch möglichen Reaktionszeiten des Satelliten liegen bestenfalls bei einigen Sekunden, falls er sich im Wirkungsbereich der Bodenstation befindet. Außerhalb des Kontaktfensters kann sich die Zeitschranke, gegeben durch den Orbit und die aktuelle Position des Satelliten, von einigen Minuten  bis hin zu einigen Stunden erstrecken. Die Signallaufzeiten der Funkübertragung verlängern die Reaktionszeiten um weitere Sekunden im erdnahen Bereich. Im interplanetaren Raum erstrecken sich die Zeitspannen aufgrund der immensen Entfernungen sogar auf mehrere Minuten. Dadurch bedingt liegt die derzeit technologisch mögliche, bodengestützte, Reaktionszeit von Satelliten bestenfalls im Bereich von einigen Sekunden.
Diese Einschränkung stellt ein schweres Hindernis für neuartige Satellitenmissionen, bei denen insbesondere nichtdeterministische und kurzzeitige Phänomene (z.B. Blitze und Meteoreintritte in die Erdatmosphäre) Gegenstand der Beobachtungen sind, dar. Die langen Reaktionszeiten des konventionellen Satellitenbetriebs verhindern die Realisierung solcher Missionen, da die verzögerte Reaktion erst erfolgt, nachdem das zu beobachtende Ereignis bereits abgeschlossen ist.
Die vorliegende Dissertation zeigt eine Möglichkeit, das durch die langen Reaktionszeiten entstandene Problem zu lösen, auf. Im Zentrum des Lösungsansatzes steht dabei die Autonomie. Im Wesentlichen geht es dabei darum, den Satelliten mit der Fähigkeit auszustatten, sein Verhalten, d.h. die Folge seiner Tätigkeiten, eigenständig zu bestimmen bzw. zu ändern. Dadurch wird die direkte Abhängigkeit des Satelliten vom Operator bei Reaktionen aufgehoben. Im Grunde wird der Satellit in die Lage versetzt, sich selbst zu kommandieren.
Die Idee der Autonomie wurde im Rahmen der zugrunde liegenden Forschungsarbeiten umgesetzt. Das Ergebnis ist ein autonomes Planungssystem. Dabei handelt es sich um ein Softwaresystem, mit dem sich autonomes Verhalten im Satelliten realisieren lässt. Es kann an unterschiedliche Satellitenmissionen angepasst werden. Ferner deckt es verschiedene Aspekte des autonomen Satellitenbetriebs, angefangen bei der generellen Entscheidungsfindung der Tätigkeiten, über die zeitliche Ablaufplanung unter Einbeziehung von Randbedingungen (z.B. Ressourcen) bis hin zur eigentlichen Ausführung, d.h. Kommandierung, ab. Das Planungssystem kommt als Anwendung in ASAP, einer autonomen Sensorplattform, zum Einsatz. Es ist ein optisches System und dient der Detektion von kurzzeitigen Phänomenen und Ereignissen in der Erdatmosphäre. 
Die Forschungsarbeiten an dem autonomen Planungssystem, an ASAP sowie an anderen zu diesen in Bezug stehenden Systemen wurden an der Professur für Raumfahrttechnik des Lehrstuhls Informatik VIII der Julius-Maximilians-Universität Würzburg durchgeführt.
N2  - Satellite operation will change thoroughly in future. So far the currently performed conventional approach of controlling satellites is hitting its limitation by todays application. This is due to the fact that activities of the satellite are planned and controlled exclusively by ground infrastructure. In the worst case this circumstance prevents the exploitation of potential but so far unused opportunities. Thus the yield of satellites, may it be in the form of scientific research data or the commercialization of satellite services, is not optimized.  
After all the cause of this problem can be tracked back to one crucial matter: Conventional satellites are not able to alter their behaviour, i.e. the order of their actions, themselves. Instead schedules are created by ground staff – mainly operators - utilizing specialized planning software. The output is then transformed into command sequences and uploaded to the dedicated satellite via ground stations. On-board the commands are solely checked, interpreted and strictly executed. The flow is linear. Situational changes, like in the code execution of software programs via control constructs, e.g. loops and branches, are typically not present. Thus the operator is the only instance which is able to change the behaviour of the satellite via command upload. Therefore a direct radio link between satellite and ground station is required. Reaction times are hereby restricted. In the best case, means when the satellite is inside the area of effect, the limitations are to a few seconds. Outside the contact window, the time bound may increase from minutes to hours. The exact timing are dependant from the orbit of the satellite and its position on it. The signal flow of the radio links adds additional reaction time from a few seconds in near earth up to some minutes in interplanetary space due to the vast distances. In sum the best achievable ground based reaction time lies in the area of some seconds.
This restriction is a severe handicap for novel satellite missions with focus on non-deterministic and short-time phenomena, e.g. lightning and meteor entries into Earth atmosphere. The long reaction times of conventional satellite operations prevent the realization of such missions. This is due to the fact that delayed reactions take place after the event to observe has finished.
This dissertation shows a possibility to solve the problem caused by long reaction times. Autonomy lies in the centre of the main approach. The key is to augment the satellite with the ability to alter its behaviour, i.e. the sequence of its actions, and to deliberate about it. Thus, the direct reaction dependency of the satellite from operators will be lifted. In principle the satellite will be able to command itself.
The herein idea of autonomy is based on research work, which provides the context for design and implementation. The output is an autonomous planning system. It’s a software system which enables a satellite to behave autonomously and can be adapted to different types of satellite missions. Additionally, it covers different aspects of autonomous satellite operation, starting with general decision making of activities, going over to time scheduling inclusive constraint consideration, e.g. resources, and finishing at last with the actual execution, i.e. commanding. The autonomous planning system runs as one application of ASAP, an autonomous sensor platform. It is an optical system with the purpose to detect short-time phenomena and events in Earth atmosphere. 
The research work for the autonomous planning system, for ASAP and for other related systems has been executed at the professorship for space technology which is part of the department for computer science VIII at the Julius-Maximilians-Universität Würzburg.
KW  - Planungssystem
KW  - Autonomie
KW  - Satellit
KW  - Entscheidungsfindung
KW  - Ablaufplanung
KW  - Planausführung
KW  - System
KW  - Missionsbetrieb
KW  - decission finding
KW  - scheduling
KW  - plan execution
KW  - system
KW  - mission operation
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-163569
ER  -