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The thesis about Cell Computing Model (CCM) is about a new paradigm in the world of computer science. Its intention is to define a software model whose construction and behavior is similar to biological organism and living systems. Related approachs can be found in grid computing or in evolutionary algorithms.
The goal of this thesis was to build a software framework which gets its behavior from the interaction of dynamically generated software cells
Following documents and products are published (All documents are in German):
Thesis description [pdf]
This contains the description and the targets of the thesis.
Document about the Cell Computing Model [pdf]
This is the screen version of the document about the thesis. It contains
The Zeus-Framework (Version 0.3.0) [gz]
The product of the thesis. Contains the framework and examples how to use. Prepared for Linux. For Windows you must create project files for your development environment first. To run the framework with examples you need to download other 3rt party libraries.
The API Documentation for the class framework of Zeus.
Model of the Zeus-Framework [gz]
The model of the Zeus-Framework contains specifications and UML diagrams.
Mathematical Model [html]
Mathematical clone model.
20.12.05 Version 0.3.0 freigegeben |
Endlich ist es soweit. Die Version 0.3.0 wurde freigegeben. Sie ist das Endprodukt der Projektarbeit und der Diplomarbeit an der HTA Bern. In dieser Version sind die Spezifikation des Cell Computing Models, die Beschreibung des Frameworks und diverse Beispiele enthalten. |
15.12.05 Messungen mit Motion Detection |
Messungen mit dem Motion Detection durchgefuehrt. Die MoDec Applikation wurde noch optimiert. Es wird nicht jede Farbebene nach Bewegungen durchsucht, sondern nur eine Farbebene (Rot). Dadurch wird die Applikation 3x schneller, detektiert aber nicht mehr alle Bewegungen! Die MoDec Applikation kann so erweitert werden, dass dem Block Matching nur die Graustufenbilder zur Verfuegung stehen. Somit werden wieder alle Bewegungen in allen 3 Farbebenen detektiert. Die Messungen sind unter Modec-Messungen abgelegt. |
14.12.05 Fehler in der Motion Detection |
Bei den Messungen mit Motion Detection mit Block Matching stuerzte die Applikation ab. Es wurden 2 Probleme geloest. Das erste Problem bestand daring, dass der Block Matching Algorithums ueber die Grenze des Bildes hinaus zugriff. Das verursachte ein Segment fault. Zu dem wurde beim Erzeugen von Objektmeldungen kein Lock erstellt. Diese Meldung war nicht thread sicher. |
12.12.05 Spezifikation abgeschlossen |
Die Cell Computing Model Spezifikation wurde abgeschlossen und korrigiert. Sie ist online verfuegbar. Die Zeus-Framework Spezifiaktion wurde ebenfalls fertiggestellt. Es fehlt noch das Kapitel zu der Interface-Technologie die im Framework angewandt wird. Das aktuelle Dokument ist online verfuegbar. Beim Drucken der Dokumente ist aufgefallen, dass die Bilder eine zu niedrige Aufloesung haben. Wenn die Zeit noch reicht, moechte ich die Bilder als Verknuepfung ins Dokument hinzufuegen, damit ich noch hochaufloesende Bilder erstellen kann. |
25.11.05 Messungen mit Mandelbrot Menge |
Die Mandelbrot-Menge wurde als verteile Applikation getestet und auf bis zu 7 PC's parallel betrieben. Die Resultate der Messung koennen hier eingesehen werden. |
18.11.05 Die Mandelbrot Menge |
Ein erster Entwurf einer verteilten Applikation zum Berechnen der Mandelbrot Menge wurde entwickelt. |
18.11.05 Fehler beim Senden von Datenpaketen |
Beim Senden/Empfangen von Datenpaketen mit TSocket-Klasse kam es zu Fehler. Der Grund liegt in der Handhabung der System Sockets. Diese funktionieren nach dem Prinzip des Streamings, das heisst sobald Daten zur Verfuegung stehen kann gesendet werden. Dabei kam es zum Phaenomen, dass Daten gestappelt und zusammen gesendet werden, also 2 Pakete auf einmal. Die Implementierung der Zellenkommunikation war nicht so erfreut darueber :-). Der Fehler konnte behoben werden, in dem die Datenpakete (Arrays von Bytes) mit einer Groesse gesendet werden. Der Empfaenger kann in den ersten 4 Bytes lesen, wie viele Daten zu einem Paket noch folgen werden. Folgende Probleme bestehen noch:
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17.11.05 Software ist freigegeben fuer SourceForge |
Die Projektarbeit wurde gemaess der Aufgabenstellung und den Richtlinien der OpenSource Community auf dem Source Forge publiziert.http://sourceforge.net/projects/cellcomputing Es sind aber noch nicht alle Funktionen umgesetzt, wie automatisches Tar-Ball erstellen. |
16.11.05 Kommunikation zwischen Zellen verbessert |
Die Kommunikation zwischen den Zellen wurde durch den Naming-Service und das RMI Pattern verbessert. Dazu wurden Testklassen erstellt, die das Zusammenspiel der Kommunikationskanaele und der lokalen Piperegistry simulieren. |
11.11.05 Sitzung mit Herr Schwab |
Stand der Arbeit: Weiteres Vorgehen:
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10.11.05 Neuer Release von Zeus-Framework 0.2.3 |
Der neue Release des Zeus-Frameworks beinhaltet:
Das Framework wurde vereinfacht in:
Bekannt Probleme und Designfehler
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07.11.05 Implementieren von RMI fuer C++ |
Um die Netzwerkfaehigkeit zu verbessern wurde das Verfahren zum Ausfuehren von Methoden entfernter Objekte besser geloest. Dazu wurde nun eine Art RMI (Remote Method Invocation) in C++ realisiert. Zusammen mit der Vorarbeit der Serialisierung konnte dieses Konzept realtiv einfach umgesetzt werden. Der Hauptgrund fuer diesen nicht geringen Aufwand ist, dass ich das fakultative Ziel der mobilen Zellen umsetzen kann. Hier kann das bereits bekannte Modell der autonomen Agenten angewandt werden. Dazu brauche ich einen MobileCellHost (Server) und eine MobileCell (Client). Der Client versendet sich dann via Streaming zu einem Server. Das kann mit RMI sehr einfach geloest werden, indem man ein RemoteObjekt (den Server) eine Methode aufruft und sich (der Client) uebergibt. |
19.10.05 Verbessern der Objekt Serialisierung |
Im Rahmen der Bildverarbeitung mit Zellen ist aufgefallen, dass die Objektserialisierung nicht genuegend gut geloest, zu kompliziert und zu anfaellig ist. Das alte Verfahren (mit dem Interface IStreamable) wurde durch ein verfeinerte Variante abgeloest. Verbessert wurden folgende Punkte:
Alle Meldungs-Klassen wurden nun mit dem neuen Serialisierungssystem ausgestattet. Das System wurde mit CPPUNIT getestet. Ein Beispiel ist auch schon Online: Objekt serialisieren mit Zeus-Framework |
12.10.05 Erster Prototyp der Motion Detection - modec |
Der erste Prototyp wurde entwickelt mit folgenden Moeglichkeiten:
Die Differenzbildung ist standardmaessig eingestellt. Die Checkbox [Vector] ist nicht markiert. Das Blockmatching Verfahren wurde nach der Differenzbildung entwickelt und ist wesentlich komplizierter. Die Checkbox [Vector] ist markiert. Probleme und Verbesserungsmoeglichkeiten:
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07.10.05 Besprechung zum Bildverarbeitungsprozess mit Herr Cattin |
Am Freitag traf ich mich mit Herr Cattin, um die Idee der Motion Detection Implementation mit dem Cell Computing Model zu konkretisieren. Folgendes waren die Traktanden:
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06.10.05 Evaluation von AVI File fuer Linux |
Unter Linux gibt es ein Open Source Projekt http://avifile.sourceforge.net/ welches das Lesen von AVI Dateien (Audio Video Interleave) unterstuetzt. Dazu muessen diverse Codecs installiert werden, damit die Audio und Video Streams gelesen werden koennen. Diese koennen unter http://mplayerhq.hu/MPlayer/releases/codecs/ herunter geladen und unter /usr/lib/win32/ installiert werden. Das AVI Packet muss nun kompiliert werden. Dabei kann es vorkommen, dass nach erfolgreichem Kompilieren trotzdem keine komprimierten AVI-Dateien gelesen werden koennen. Nach langem Ueben habe ich herausgefunden, dass bei SUSE 9.x ein Problem mit dem GNU Kompiler existriert. Es muss mit Optimierungsstuffe -O1 gearbeitet werden. |
Auszug von http://www.opensubscriber.com/message/This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it./890163.html:
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03.10.05 Erste Gehversuche mit QT |
Erstellen einer GUI Oberflaeche fuer die Bewegungserkennung mit QT unter Linux. Da ich nicht mit KDevelop arbeite musste ich die .UI Datei in mein [make] eintragen. Dabei sind folgende 2 Programme von QT wichtig:
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Anpassung des Makefiles:
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Die Graphik wurde mit dem QTDesigner erstellt. Mehr zu QT unter http://www.trolltech.com/products/qt/index.html. |
30.09.05 Ueberarbeiten der Cell Computing Model Spezifikation |
Die Spezifikation wurde grundlegend neu gestaltet und mit folgenden Themen erweitert:
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29.09.05 Besprechung des Projekthandbuchs mit Herr P. Schwab |
An der Sitzung wurden folgende Traktanden erarbeitet:
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19.09.05 Erhalt der Diplomaufgabe |
Erhalt der Diplomaufgabe [ISWP1-1-05-de]. Die Aufgabe umfasst das Weiterentwickeln des Cell Computing Models und des Frameworks. Dazu soll eine geeignete Beispielanwendung realisiert werden. Analyse der Aufgabe und Erstellen eines Projekthandbuchs [PDF]. Das Projekthandbuch soll die Aufgabe detailierter Spezifizieren und offene Fragen beantworten. Aufwandschaetzungen und Termine sind ebenfalls enthalten. |
Abstract: Pervasive computing deals with the computational power embedded into daily used objects. The focus of this field is to support the user with all those devices by preventing explicitly interacting when doing his task. The system should interact with the human in a rather implicit and non-intrusive way. Since the number of devices and their current context used in human activity is variable the system must be based on a flexible and reliable coordination framework. A good coordination minimizes the explicit and intrusive interaction between humans and computational devices.
The goal of this master thesis is to create a generic coordination model, which can be used in various scientific fields like computer science, economic and social science. Generally it defines how the world is composed and what dependencies occur between entities. Clear definitions of activities and communication are essential parts of the model and help to define the dynamic aspects. The second part of the master thesis concerns with a more specific coordination model for pervasive computing, which is deviated from the generic coordination model. At the end a prototype validates the model. It is based on the pervasive platform uMove of the PAI research group and involves tracking of entities in a smart environment.
With the increasing digitalization of the workplace and the private environment, holistic approaches are becoming more important in order to be able to optimally integrate and serve human beings. Our work focuses on modeling for human-centered systems, where human and machine form an adaptive learning organization and work together to achieve their common goals. Here, humans are handled as holistic and even spiritual beings and forming a human-machine symbiosis. Approaching human-centered system design, we developed a holistic and generic system model, called URANOS. The model allows to describe systems properties which are not considered in classical approaches, such as the influence of machines within humans’ natural and socio-cultural environments. Therefore, it provides a deep understanding of dynamics and evolutionary development of complex and non-linear systems. From this generic and systemic standpoint, we propose several design principles for human-centered systems that ensure human dignity and integrity, i.e. to not be harmed, enslaved, reduced, etc. In a concrete prototype design addressing smart industrial machines, we show how these principles can be applied and what their implications are.
Human-Machine Symbiosis • Generic System Model • Human-centered Design • Holistic System Modeling • Cybernetics • Systemics • Integral Thinking • Coordination • Cyber-physical System • Adaptive System • Learning Organization • Industry 4.0
[German]: Das Undenkbare ist heute Realität geworden. Mit der SmartMachine hat STUDER eine intelligente Maschine mit kognitiven Fähigkeiten entwickelt. Die Entwicklung gelang durch den Einsatz von holistischen und kybernetischen Ansätzen, welche durch eine ganzheitliche agile Entwicklung in den Bereichen Mechanik, Elektrik, Elektronik, Software, Technologie und Customer Care umgesetzt wurden. Die SmartMachine ist optimal für den Einsatz in intelligenten energieeffizienten Fabriken (SmartFactory, Industrie 4.0) ausgelegt, wo die Teile autonom ihren Fertigungsweg beschreiten. Aber auch Job Shopper profitieren von der selbstlernenden Maschine. Die Fertigung von Einzelteilen und Kleinserien wird durch Berücksichtigung von Prozessanalysen, Nebenzeiten und Kundenstrategien gewinnbringend optimiert.
As the industrial evolution proceeds, new smart technologies for machine-machine and human-machine collaboration will become more important. For sure, the way humans interact with industrial machines will change, but we state that human beings, especially their creativity and empathy, becomes more relevant for human-machine collaboration than it is today. In this paper, we present an architecture for plug and produce (PnP) that is a prerequisite for smart industrial machines (SIMs) and future human-machine collaboration in smart factories. PnP has its origin in "plug and play", a well known and strongly desired feature already available in latest personal computer technology. For industrial purposes, this concept must be adapted, especially due to dierent requirements on real-time, human and machine
safety, and dirty and wet environments. In addition, PnP goes further than plug and play in a sense that the device is not just ready to use (play), but is pro-actively integrated in a production process (produce). PnP in our sense comprises dynamic semantic models about the "how" and "why" to use specic devices in a production process. These models can be exchanged with humans or other smart industrial machines in order to reach a mutual agreement on production strategies and concepts.
In this paper we present a new CPS model that considers humans as holistic beings, where mind and body operate as a whole and characteristics like creativity and empathy emerge. These characteristics influence the way humans interact and collaborate with technical systems. Our vision is to integrate humans as holistic beings within CPS in order to move towards a human-machine symbiosis. This paper outlines a model for human-centered cyber-physical systems (HCPSs) that is based on our holistic system model URANOS. The model integrates human skills and values to make them accessible to the technical system, similarly to the way they are accessible to humans in human-to-human interaction. The goal is to reinforce the human being in his feeling of being in control of his life experience in a world of smart technologies. It could also help to reduce human bio-costs like stress, job fears, etc. The proposed model is illustrated by the case study of smart industrial machines, dedicated machines for smart factories, where we test the human integration through conversation.
Cyber physical systems (CPSs) are built of physical components that are integrated into the cyber (virtual) world of computing. Whereas there are many open questions and challenges, such as time modeling, interaction between cyber and physical components, our research focuses on how humans can be holistically integrated. Our vision is to link human intelligence with CPS in order to get a smart partner for daily human activities. This will bring new system characteristics enabling to cope with self-awareness, cognition and creativity as well as the co-evolution of human-machine-symbiosis. In this sense, we state that drawing borders between virtual and physical or between users and technical artifacts is misleading. In contrast to that, we aim to treat the system as a whole. To achieve this, the paper presents a generic coordination model based on third-order cybernetics. In particular, the holistic integration of humans and other living systems into CPSs is presented, which leads toward human-centered CPSs.
Cyber physical systems (CPS) are built of physical components that are integrated into the cyber (virtual) world of computing. Such systems offer many open questions and challenges, such as time modelling, big data mining, system awareness, coordinating activities and managing collaboration within and with external systems. Many of the published work focusses on how virtual and physical systems can be designed, coordinated and managed. We argue that drawing a borderline between virtual and physical is misleading the design of CPS especially for the integration of humans. In this paper, we present a holistic modelling approach to enhance classical CPS towards human-centered CPS. The approach is based on our generic coordination model. The goal is not to create human-like systems, but rather a holistic integration of enactive entities (e.g. humans, animals, plants, cells) into CPS. Closely connected to this integration is also the understanding and modelling of cognitive coordination. We argue that this approach could enable CPS to integrate human intelligence and to become a smart partner for daily human activities.
A new holistic approach defining and dealing with coordination in smart environments is presented. Coordination has been studied for many years, but a holistic approach from a generic theoretical model to a pervasive application has never been proposed. Our approach defines a generic model in order to understand and develop coordination aspects at a high level of abstraction. The model should help to analyse and design context-, activity- and situation-aware applications for smart environments. But, it should also be generic enough to be applicable to other problem domains. In this paper we focus only on the modelling part. Our model is built of an abstraction continuum, starting with the notion of entity, interaction, evolution and rules. The notion of enactive entity is introduced on the most abstract level of the continuum. It encompasses consciousness and intentional behaviour, thus leading to cognitive coordination.
Finally, the book is ready to print :-))
http://www.igi-global.com/book/designing-human-machine-symbiosis-using/167460
Demand for integral and sustainable solutions is on the rise. As new ways of defining reality emerge, this generates the progression of more humanistic and sustainable construction of operating systems.
Designing for Human-Machine Symbiosis Using the URANOS Model: Emerging Research and Opportunities is a pivotal reference source for the latest research on human-centered system modeling and methods to provide a generic system model to describe complex non-linear systems. Featuring extensive coverage across a range of relevant topics, such as pervasive computing systems, smart environments, and smart industrial machines, this book is ideally designed for researchers, engineers, and professionals seeking current research on the integration of human beings and their natural, informational, and socio-cultural environments into system design.