Model-driven development of sensor network applications with optimization of non-functional constraints

Wireless sensor networks (WSNs) differ from conventional distributed systems in many aspects. The resource limitation of sensor nodes, the ad-hoc communication and topology of the network, coupled with an unpredictable deployment environment are difficult non-functional constraints that must be carefully taken into account when developing software systems for a WSN. Thus, more research needs to be done on designing, implementing and maintaining software for WSNs. This thesis aims to contribute to research being done in this area by presenting an approach to WSN application development that will improve the reusability, flexibility, and maintainability of the software. Firstly, we present a programming model and software architecture aimed at describing WSN applications, independently of the underlying operating system and hardware. The proposed architecture is described and realized using the Model-Driven Architecture (MDA) standard in order to achieve satisfactory levels of encapsulation and abstraction when programming sensor nodes. Besides, we study different non-functional constrains of WSN application and propose two approaches to optimize the application to satisfy these constrains. A real prototype framework was built to demonstrate the developed solutions in the thesis. The framework implemented the programming model and the multi-layered software architecture as components. A graphical interface, code generation components and supporting tools were also included to help developers design, implement, optimize, and test the WSN software. Finally, we evaluate and critically assess the proposed concepts. Two case studies are provided to support the evaluation. The first case study, a framework evaluation, is designed to assess the ease at which novice and intermediate users can develop correct and power efficient WSN applications, the portability level achieved by developing applications at a high-level of abstraction, and the estimated overhead due to usage of the framework in terms of the footprint and executable code size of the application. In the second case study, we discuss the design, implementation and optimization of a real-world application named TempSense, where a sensor network is used to monitor the temperature within an area.

Piezoresistive cantilevers with an integrated bimorph actuator

Scanning Probe Microscopy (SPM) has become of fundamental importance for research in area of micro and nano-technology. The continuous progress in these fields requires ultra sensitive measurements at high speed. The imaging speed limitation of the conventional Tapping Mode SPM is due to the actuation time constant of piezotube feedback loop that keeps the tapping amplitude constant. In order to avoid this limit a deflection sensor and an actuator have to be integrated into the cantilever. In this work has been demonstrated the possibility of realisation of piezoresistive cantilever with an embedded actuator. Piezoresistive detection provides a good alternative to the usual optical laser beam deflection technique. In frames of this thesis has been investigated and modelled the piezoresistive effect in bulk silicon (3D case) for both n- and p-type silicon. Moving towards ultra-sensitive measurements it is necessary to realize ultra-thin piezoresistors, which are well localized to the surface, where the stress magnitude is maximal. New physical effects such as quantum confinement which arise due to the scaling of the piezoresistor thickness was taken into account in order to model the piezoresistive effect and its modification in case of ultra-thin piezoresistor (2D case). The two-dimension character of the electron gas in n-type piezoresistors lead up to decreasing of the piezoresistive coefficients with increasing the degree of electron localisation. Moreover for p-type piezoresistors the predicted values of the piezoresistive coefficients are higher in case of localised holes. Additionally, to the integration of the piezoresistive sensor, actuator integrated into the cantilever is considered as fundamental for realisation of fast SPM imaging. Actuation of the beam is achieved thermally by relying on differences in the coefficients of thermal expansion between aluminum and silicon. In addition the aluminum layer forms the heating micro-resistor, which is able to accept heating impulses with frequency up to one megahertz. Such direct oscillating thermally driven bimorph actuator was studied also with respect to the bimorph actuator efficiency. Higher eigenmodes of the cantilever are used in order to increase the operating frequencies. As a result the scanning speed has been increased due to the decreasing of the actuation time constant. The fundamental limits to force sensitivity that are imposed by piezoresistive deflection sensing technique have been discussed. For imaging in ambient conditions the force sensitivity is limited by the thermo-mechanical cantilever noise. Additional noise sources, connected with the piezoresistive detection are negligible.

3000 / futuristische Phantasmen und aktuelle Fantasien der Technokultur

Die Kernthese dieser Arbeit ist eine Leerstelle. Ihre Formulierung beruht auf einer Beobachtung, wie sie von William Gibson stammen könnte: kulturell avantgardistische Gruppen der Gesellschaft internalisieren für ihre technologisch gestützten Praktiken futuristische Phantasmen geschichtlicher Vorläufer, die in Literatur und Mediengeschichte detektivisch aufspürbar sind. Werden diese Verinnerlichungen in aktuelle Fantasien umgewandelt, entsteht eine hybride Mischung vielfältigster Beschäftigungen, Reflexionen und Entwürfe von Technokultur. Bringt man diese Kopplungen auf das Jahr 3000, die nächste epochale zukünftige Zäsur, wird die Absurdität des Projekts, Technokultur überhaupt zu thematisieren deutlich. Technokultur ist im dynamischen Wandel sozio-ikonografisch untersuchbar, wird aber durch Unschärferelation zum object trouvé und Triebmoment für eine in es selbst hinein assimilierbare Analyse. Der daraus folgenden Vermessenheit kann durch instrumentelle Serendipity begegnet werden, die hier nicht Effekt wäre, stattdessen als Methode Verwendung findet: Finden statt Suchen. Das verhältnismäßig neue Schreib/Lese-Medium Hypertext bietet sich dafür als geradezu prädestiniert an. Hypertext ist prinzipiell unabgeschlossen, er folgt hier Arbeitsprinzipien wie sie seit den frühen 1990ern in Online-Tagebüchern und seit den frühen 2000er Jahren in Weblogs (World Wide Web Logbooks) auszumachen sind: Notizen, Found Text (analog zu Found Footage), Zitate, Fragmente, die kurze Form, kurz: wissenschaftliche Alltagstextproduktion wird nach Ordnungskriterien a-systematisiert und verwoben - weniger archiviert denn gesammelt. Eine Art Second Hand Theorie entsteht.

Bismarck und der Arbeiterschutz

The eighteen-eighties under Chancellor Otto von Bismarck saw the establishment of statutory workers' insurance in Germany. Germany remained backwards, however, in the statutory protection of workers at their workplace, the prevention of dangers arising from industrial work, and the limitation of hours of work for children, young persons, women or even workers in general. The protection of young workers, for example, remained until 1891 as it had been in 1853. That was due to the fundamental refusal of all improvments in matters of regulations for the protection of workers on the part of Bismarck, who blocked all relevant initiatives. Along with other sources this article draws on previously rarely used marginalia of Bismarck's in ministerial documents on factory inspection, children's and women's labour, the prohibition of Sunday work, and the introduction of a standard working day. The investigation deals with the Chancellor's motives and the arguments deployed in his prevention of measures of workers' protection, which he called an infringement of workers' freedom of action.

Rissbildung und Zugtragverhalten von mit Stabstahl und Fasern bewehrtem Ultrahochfesten Beton (UHPC)

Ultrahochfester Beton (UHPC) ist ein sehr gefügedichter zementgebundener Werkstoff, der sich nicht nur durch eine hohe Druckfestigkeit, sondern auch durch einen hohen Widerstand gegen jede Form physikalischen oder chemischen Angriffs auszeichnet. Duktiles Nachbruchverhalten bei Druckversagen wird meist durch die Zugabe dünner kurzer Fasern erreicht. In Kombination mit konventioneller Betonstahl- oder Spannbewehrung ermöglicht UHPC die Ausführung sehr schlanker, weitgespannter Konstruktionen und eröffnet zugleich neue Anwendungsgebiete, wie zum Beispiel die flächenhafte Beschichtung von Brückendecks. Durch das Zusammenwirken kontinuierlicher Bewehrungselemente und diskontinuierlich verteilter kurzer Fasern ergeben sich unter Zugbeanspruchung Unterschiede gegenüber dem bekannten Stahl- und Spannbeton. In der vorliegenden Arbeit wird hierzu ein Modell entwickelt und durch eine umfangreiche Versuchsreihe abgesichert. Ausgangspunkt sind experimentelle und theoretische Untersuchungen zum Verbundverhalten von Stabstählen in einer UHPC-Matrix und zum Einfluss einer Faserzugabe auf das Reiß- und Zugtragverhalten von UHPC. Die Modellbildung für UHPC-Zugelemente mit gemischter Bewehrung aus Stabstahl und Fasern erfolgt auf der Grundlage der Vorgänge am diskreten Riss, die daher sehr ausführlich behandelt werden. Für den elastischen Verformungsbereich der Stabbewehrung (Gebrauchslastbereich) kann damit das Last-Verformungs-Verhalten für kombiniert bewehrte Bauteile mechanisch konsistent unter Berücksichtigung des bei UHPC bedeutsamen hohen Schwindmaßes abgebildet werden. Für die praktische Anwendung wird durch Vereinfachungen ein Näherungsverfahren abgeleitet. Sowohl die theoretischen als auch die experimentellen Untersuchungen bestätigen, dass der faserbewehrte UHPC bei Kombination mit kontinuierlichen Bewehrungselementen selbst kein verfestigendes Verhalten aufweisen muss, um insgesamt verfestigendes Verhalten und damit eine verteilte Rissbildung mit sehr keinen Rissbreiten und Rissabständen zu erzielen. Diese Beobachtungen können mit Hilfe der bisher zur Verfügung stehenden Modelle, die im Wesentlichen eine Superposition isoliert ermittelter Spannungs-Dehnungs-Beziehungen des Faserbetons und des reinen Stahls vorsehen, nicht nachvollzogen werden. Wie die eigenen Untersuchungen zeigen, kann durch ausreichend dimensionierte Stabstahlbewehrung zielgerichtet und ohne unwirtschaftlich hohe Fasergehalte ein gutmütiges Verhalten von UHPC auf Zug erreicht werden. Die sichere Begrenzung der Rissbreiten auf deutlich unter 0,1 mm gewährleistet zugleich die Dauerhaftigkeit auch bei ungünstigen Umgebungsbedingungen. Durch die Minimierung des Material- und Energieeinsatzes und die zu erwartende lange Nutzungsdauer lassen sich so im Sinne der Nachhaltigkeit optimierte Bauteile realisieren.

Ursprung, Entwicklung und Funktion von NGOs im zeitgenössischen Liberalismus - am Beispiel der BRD und Brasilien

NGOs werden von einem idealtypischen, perfektionistischen, Homogenität vermittelnden Schleier umgeben, der es schwer macht, die eigentlichen definitorischen Strukturen des NGO-Begriffs zu erfassen. In meiner Dissertation konnte ich dieses in der allgemeinen Öffentlichkeit vorherrschende Image beiseite schieben und erlangte somit einen Blick auf die eigentlichen Strukturen der NGOs. Im weiteren Verlauf versuchte ich die Verortung der NGOs in der Gesellschaft zu lokalisieren. Dies stellte sich sowohl im theoretischen als auch im empirischen Teil, in dem ich Interviews ausgewertet habe, die ich zuvor mit Experten verschiedenster deutscher und brasilianischer NGOs durchführte, als äußerst schwieriges Unterfangen dar. Dies lag zum einem daran, dass abseits der von der UN 1996 aufgestellten NGO-Kriterien keine allgemeingültigen, obligatorisch normativen NGO Definitionen existieren und zum anderen, dass die NGOs und deren Arbeitsfelder so heterogen sind, dass es nahezu unmöglich ist, Definitionskriterien aufzustellen, die allen NGOs gerecht werden könnten. NGOs erbringen einen wichtigen Beitrag zur Interessenvertretung sowie zum Zusammenschluss von Benachteiligten, damit diese ihre (Bürger-) Rechte wahrnehmen und gemeinsam Veränderungen bewirken können. Anhand von Kompetenzaufbau, Ermittlung der Ursachen der Ausgrenzung und deren Beseitigung wird versucht, die Veränderungen aktiv zu gestalten. NGOs fördern somit die Selbstorganisation und bündeln die Belange der Betroffenen. Festzuhalten ist, dass die NGOs ein immens wichtiges Element in der Zivilgesellschaft darstellen. Sie sind Ausdruck des politischen, sozialen und solidarischen Wollens von Menschen, die an der Gemeinschaft teilhaben, ihre Rechte geltend machen und den Istzustand des Systems nicht mehr einfach ohne Gegenwehr hinnehmen wollen. Das zivilgesellschaftliche Engagement ist, so zeigt die wachsende Bedeutung von NGOs, ungebrochen stark. Aber es ist aufgrund seiner großen Vielfalt weder begrifflich noch organisatorisch auf einen einzigen Nenner zu bringen. Das ist offenbar die Stärke eines zivilgesellschaftlichen Engagements, das die Schwächen eines gesellschaftlichen Systems aufnimmt: Staat und Markt sind nicht die einzigen Akteure, von denen gesellschaftlicher Wandel und sozialer Friede zugleich begünstigt werden können.