Review: A Behavior-based Approach to Secure and Resilient Industrial Control Systems [Video][Slides]

The review of the TEWI colloquia of Dr. Dimitrios Serpanos from March 9, 2017 comprises the video recording and slides.

Video:

 

Slides:

 

Abstract and Bio:

Industrial control systems (ICS) control and manage a significant portion of critical infrastructure. As cyberattacks increasingly target critical infrastructure, ICS security and resilience are required to avoid catastrophic events that may lead even to loss of life. Importantly, ICS differ from traditional IT systems in several ways, from interacting with physical processes to requirements for continuous operation and real-time processing.

In this talk, we present a behavior-based approach to the design of secure and resilient industrial control systems. Starting with a programmable specification of a control process, we develop executable code with specified security properties. A run-time middleware, ARMET, monitors the execution of the program, identifying behavioral deviations due to intrusions or process failures and leading to diagnosis and system recovery. Importantly, our approach includes a novel method for vulnerability analysis of processes.

Dimitrios Serpanos is Professor of Electrical and Computer Engineering, University of Patras and Director of the Industrial Systems Institute in Greece. He has worked at IBM Research, on the faculties of the University of Crete and the University of Patras, as Principal Scientist at QCRI, as President of the University of Western Greece, and has served another term as Director of the Industrial Systems Institute. He holds a Ph.D. in Computer Science from Princeton University. His research is in embedded systems, industrial systems and security.
Professor Serpanos has co-authored several books and published research work extensively. His research has been funded by both the European Commission, the Greek Government and industry in the EU and the USA.

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TEWI-Kolloquien „Semantische Systeme“, 10.-11. April 2017

Montag, 10. April 2017, E.1.42

8:30 – 9:30, Christoph BENZMÜLLER

Title: Calculemus! Progress in Universal Logic Reasoning and Computational Metaphysics

Abstract: Inspired by Leibniz‘ famous vision „Calculemus! — Let us calculate“, an approach to universal logic reasoning is presented. The proposed solution is indirect: it utilises classical higher-order logic as a universal meta-logic in which various other (classical and non-classical) logics from today’s logic zoo can be shallowly embedded and combined; the embedded (object-)logics can then be employed for the representation of knowledge in different application domains.

This semantical embedding approach suppor ts the formalisation and deep logical assessment of rational arguments on the computer. In this sense, it partially realises Leibniz‘ dream. To illustrate this, I will present a rigorous analysis of modern variants of the “Ontological Argument for the Existence of God“, including Kurt Gödel’s seminal contribution. By utilising the approach, even relevant new insights about the ontological argument have recently been revealed by automated theorem provers. These research activities have inspired the conception of a new, awarded lecture course on “Computational Metaphysics“ at Freie Universität Berlin, which brings together students from computer science, mathematics and philosophy.

The approach, which fruitfully combines and exploits, amongst others, own research contributions from the last two decades, is by no means  restricted to metaphysics or philosophy; this is evidenced by recent applications e.g. in mathematics and artificial intelligence.


11:00 – 12:00, Wolfgang FABER

Titel: Deklarative Formalismen als Motoren Semantischer Systeme

Abstract: Semantik in Wissensbasierten System ist der Schlüssel, um über das vorhandene Wissen selbst Schlüsse zu ziehen. Semantik kommt besonderer Bedeutung zu, wenn nicht nur Antworten oder Lösungen gefunden werden sollen, sondern auch Begründungen oder Erklärungen selbiger. In diesem Vortrag soll die Rolle deklarativer Formalismen (im Sinne deklarativer Sprachen und Systeme) in solchen Semantischen Systemen herausgearbeitet werden. Besondere Berücksichtigung werden dabei logische Programmierung und Regelsysteme finden.


14:30 – 15:30, Martin GEBSER

Titel: Knowledge Representation and Reasoning in Practice

Abstract: Modern computing systems provide tremendous resources to automate sophisticated calculations, as required in various application areas, including life sciences, machine learning, planning and scheduling, product configuration, system synthesis and verification, etc. This goes along with an increasing demand for expressive, general-purpose means for knowledge representation and reasoning. In my talk, I outline how computational logic along with extensions can serve as a powerful paradigm for representing and solving demanding real-world applications by means of general, domain-independent search and optimization methods.


 

Dienstag, 11. April 2017, E.1.42

8:30 – 9:30, Jörg HOFFMANN

Titel: Automatic Planning: Some Recent Methods and Applications

Abstract: Automatic Planning is one of the founding areas of Artificial Intelligence, concerned with the automation of problem solving: the design of algorithms whose input is a declarative problem description („the rules of the game“) and that automatically find a solution („the game strategy“) to any such input. The curse of generality is complexity — even the simplest planning problems are PSPACE-complete to solve, in the size of the declarative description — so effective search methods are paramount. After a brief introduction to the area, the talk summarizes two such methods developed in recent work by the author, namely star-topology decomposition which breaks conditional dependencies among components in the input; and conflict-based learning which learns sound and generalizable knowledge from dead-end states encountered during forward state space search. We then highlight a recent application of planning techniques, to simulated network penetration testing in IT security. We conclude with an outlook on future challenges.


11:00 – 12:00, Stefan EDELKAMP

Title: Multi-Goal Motion Planning

Abstract: In the clothes of vehicle routing, multi-goal task planning has been an apparent optimization question for a fairly long time. We will present advances in high-speed solving these discrete planning problems. With fast single-source shortest path planning, the in- or outdoor map for the vehicle fleet is condensed to a graph of customer orders, which could be any combination of pickups and deliveries.  For one vehicle this setting corresponds to a variant of the NP-hard traveling salesman problem with capacities and time windows, while for several vehicles and according to the dynamics in the orders within a multi-agent simulation system, we support negotiating agents that offer multi-modal transport services.

While the discrete multi-goal task planning problem is already hard, the integration of task and motion planning is considered to be one of the most important challenges to nowadays robotics. Robots have sizes, heading, and velocity, and their motion can often be described only according to non-linear differential equations. The dynamics of movements, existing obstacles and many waypoints to visit are only some of the challenges to face. In real-world problems, we often have additional constraints like inspecting areas of interest in some certain order, while still minimizing the time for the travel. The trickiest part is to solve the hard combinatorial discrete tasks like the generalized and clustered traveling salesman problems, and -at the same time- providing valid trajectories for the robot. We use a framework in which a motion tree is steadily grown, and abstractions to discrete planning problems are used as a heuristic guidance for the on-going solution process to eventually visit all waypoints. In case of inspection, we generate the waypoints fully automatically, using a combination of 2D and 3D skeletonization together with a filtering mechanism based on hitting sets.

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4. Klagenfurter Game Jam

GameJam_Logo_2017Die Alpen-Adria Universität Klagenfurt lädt 4. Klagenfurter Game Jam ein (April 28-30, 2017)! Alle, die sich für Computerspiele interessieren und selbst bei der Entwicklung beitragen wollen, sind herzlich eingeladen. Am Freitag wird ein Thema bekannt gegeben, dann sind 2 Tage Zeit um zu entwerfen, zu diskutieren, zu zeichnen, zu komponieren und zu programmieren. Am Sonntag werden die Spiele dann der Öffentlichkeit vorgestellt. Der 4. Klagenfurter Game Jam wird von Anexia gesponsert und die Teilnahme ist gratis. Verpflegung gibt es Vorort, um Anmeldung wird erbeten: http://www.itec.aau.at/gamejam/

 

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SanData: Netzwerk-Administrator im Cisco-Umfeld (m/w)

SandataZur Verstärkung unseres Teams in Klagenfurt suchen wir eine/n

Netzwerk-Administrator im Cisco-Umfeld (m/w)

Unsere Aufgaben für Sie…

  • Administration komplexer Netzwerkstrukturen
  • Monitoring und Troubleshooting , 1st und 2nd Level Netzwerk Support
  • Dokumentation in den kundenvorgegebenen Tools, 24/7 Bereitschaft
  • Mitarbeit in Projekten und Schnittstelle zu unseren internen Fachabteilungen

Fachlich bieten Sie…

  • eine Ausbildung zum/zur Fachinformatiker/in Systemintegration oder entsprechende berufliche Erfahrung
  • Erfahrungen in Datacenter- und Hochverfügbarkeitsumgebungen
  • fundiertes Know-how in den Bereichen LAN, WAN
  • gerne mit aktueller Qualifikation zum Cisco CCNA oder einer vergleichbaren Qualifikation
  • Erfahrungen mit Cisco Hardware (Switches, Router) und Software (IOS und NX-OS)
  • Erfahrungen mit Changemanagement und ITIL
  • sehr gute Deutsch- und gute Englischkenntnisse

Auf der persönlichen Ebene überzeugen Sie uns durch Ihr/e…

  • Kommunikationsfähigkeit beim Kunden
  • Koordinations- und Organisationstalent
  • selbstständige, zuverlässige und zielorientierte Arbeitsweise

Den Führerschein Klasse B, Mobilität und eine einwandfreie Strafregisterbescheinigung setzen wir voraus.

Wir bieten Ihnen…

  • einen höchst interessanten und verantwortungsvollen Tätigkeitsbereich
  • fachliche und persönliche Aus- und Weiterbildung
  • ein angenehmes Betriebsklima
  • flache Hierarchien und eine angenehme Arbeitsatmosphäre
  • die Arbeit in einem äußerst motivierten Team
  • einen krisensicheren Arbeitsplatz in einem stark expandierenden Unternehmen

Das Bruttojahresgehalt gemäß Kollektivvertrag beträgt für diese Position mindestens € 2.825,- x 14 auf Vollzeitbasis. Die tatsächliche Bezahlung ist von der jeweiligen Qualifikation, Eignung bzw. Berufserfahrung abhängig. Je nach Ausbildung und Erfahrung ist eine Überzahlung möglich.

Diese Position unterliegt dem Kollektivvertrag für Angestellte von Unternehmen im Bereich Dienstleistungen in der automatischen Datenverarbeitung und Informationstechnik (https://www.wko.at/Content.Node/branchen/oe/sparte_iuc/Unternehmensberatung-und-Informationstechnologie/IT_Dienstleistung/IT_KV/IT-KV-Text-2017.pdf).  Weitere Informationen unter www.sandata.at/karriere.

Haben wir Ihr Interesse geweckt?
Dann bewerben Sie sich bitte direkt über unser Online-Bewerbungsformular.
Unsere Personalreferentin Frau Melanie Brilla ist bei Fragen gerne für Sie da, Tel.: +49 911/9523-258
Wir freuen uns auf Ihre Bewerbung!

 

 

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SanData: Senior Systemtechniker (m/w)

SandataZur Verstärkung unseres Teams in Klagenfurt suchen wir eine/n

Senior Systemtechniker (m/w)

Wir suchen eine/n Problemlöser/in, der/die mit Spaß an der Arbeit uns und unsere Kunden mit seinem/ihrem freundlichen Auftreten und technisch versiertem Können unterstützt. Nutzen Sie die Chance und werden Sie Teil eines erfolgreichen und stetig wachsenden Unternehmens!

Unsere Aufgaben für Sie…

  • First Level / 2nd- Support im Bereich Access Control
  • Koordination der Support Anfragen
  • Gewährleistung reibungsloser Arbeitsabläufe
  • Kommunikation zu Kunden und Fachabteilungen
  • Beseitigung von Hardware – und Systemstörungen im Bereich Access Control
  • Remoteüberwachung sämtlicher Komponenten
  • Planung von Neu- oder Umbaumaßnahmen
  • Verantwortung für den Projektablauf und die entsprechende
  • Zeit- und Ressourcenplanung

Fachlich bieten Sie…

  • eine abgeschlossene Berufsausbildung, gerne aus dem IT-Bereich
  • im Idealfall Erfahrungen im Bereich Video – und Zugangssysteme
  • technisches Verständnis
  • sehr gute Deutsch- und gute Englischkenntnisse in Wort und Schrift

Auf der persönlichen Ebene überzeugen Sie uns durch Ihr/e…

  • freundliches Auftreten
  • Kunden- und Serviceorientierung
  • schnelle Auffassungsgabe
  • Koordinations- und Organisationstalent
  • selbstständige, zuverlässige und zielorientierte Arbeitsweise
  • Flexibilität und Belastbarkeit

Den Führerschein Klasse B, Mobilität und eine einwandfreie Strafregisterbescheinigung setzen wir voraus.

Wir bieten Ihnen…

  • einen höchst interessanten und verantwortungsvollen Tätigkeitsbereich
  • fachliche und persönliche Aus- und Weiterbildung
  • ein angenehmes Betriebsklima
  • flache Hierarchien und eine angenehme Arbeitsatmosphäre
  • die Arbeit in einem äußerst motivierten Team
  • einen krisensicheren Arbeitsplatz in einem stark expandierenden Unternehmen

Das Bruttojahresgehalt gemäß Kollektivvertrag beträgt für diese Position mindestens € 2.248,- x 14 auf Vollzeitbasis. Die tatsächliche Bezahlung ist von der jeweiligen Qualifikation, Eignung bzw. Berufserfahrung abhängig. Je nach Ausbildung und Erfahrung ist eine Überzahlung möglich.

Diese Position unterliegt dem Kollektivvertrag für Angestellte von Unternehmen im Bereich Dienstleistungen in der automatischen Datenverarbeitung und Informationstechnik (https://www.wko.at/Content.Node/branchen/oe/sparte_iuc/Unternehmensberatung-und-Informationstechnologie/IT_Dienstleistung/IT_KV/IT-KV-Text-2017.pdf).  Weitere Informationen unter www.sandata.at/karriere.

Haben wir Ihr Interesse geweckt?

Dann bewerben Sie sich bitte direkt über unser Online-Bewerbungsformular.

Unsere Personalreferentin Frau Melanie Brilla ist bei Fragen gerne für Sie da, Tel.: +49 911/9523-258

 

Wir freuen uns auf Ihre Bewerbung!

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Roland-Mittermeir-Preis: Ausschreibung 2015/2016

Trophy WinnerAusschreibung 2015/2016

Roland-Mittermeir-Preis

Prämierung der besten Diplom- bzw. Magisterarbeit aller Studien der Technischen Fakultät an der Universität Klagenfurt

Der Förderverein Technische Fakultät an der Universität Klagenfurt schreibt die Prämierung der besten Diplom- bzw. Magisterarbeit aller Studien der Technischen Fakultät an der Universität Klagenfurt des laufenden Studienjahres aus.

Der Preis besteht aus einer Urkunde und einer Prämie in Höhe von

EUR 1.500,–

Die Jury ist ermächtigt den Preis gegebenenfalls zwischen mehreren Diplom- bzw. Magisterarbeiten zu teilen. Antragsberechtigt sind Absolventinnen und Absolventen aller Studienrichtungen der Technischen Fakultät der Universität Klagenfurt, deren Diplom- bzw. Magisterarbeit mit “Sehr Gut” beurteilt wurde. D.h. AbsolventInnen der folgenden Masterstudien: Informatik, Informationsmanagement, Informationstechnik, Technische Mathematik bzw. Lehramtsstudien mit einem Unterrichtsfach der TEWI zugeordnet (sofern die Diplomarbeit einem dieser Unterrichtsfächer zuzuordnen ist).

Es werden nur Diplom- bzw. Magisterarbeiten bewertet, die im Zeitraum vom 1. Juli 2015 bis zum 31. Dezember 2016 fertiggestellt wurden. Als Fertigstellungstermin gilt der Tag der Ausstellung des Gutachtens/Beurteilung (lt. ZEUS). Die Einreichfrist für die Verleihung des Preises endet am 31. Mai 2017.

Der Antrag ist beim Geschäftsführer des Förderverein Technische Fakultät an der Universität Klagenfurt einzureichen und soll folgendes beinhalten:

  • Diplom- bzw. Magisterarbeit (in elektronischer Form als PDF-Datei).
  • Gutachten des Betreuers der Diplom- bzw. Magisterarbeit.
  • Allfällige Software (oder Verweise auf existierende Software).
  • Eine kurze Zusammenfassung (max. eine Seite), die so geschrieben sein soll, dass sie auch für Nicht-ExpertInnen verständlich ist!

Beurteilungskriterien für die Zuerkennung des Preises sind strikt fachlicher qualitätsbezogener Natur. Sie umfassen die Aspekte:

  • wissenschaftlicher Gehalt,
  • Innovationsgehalt und Umsetzbarkeit,
  • Klarheit der Darstellung und Qualität der Ausführung.

Die Zuerkennung des Preises erfolgt durch eine Jury per Vorstandsbeschluß. Die Jury besteht i.a. aus:

  • dem Obmann des Förderverein Technische Fakultät an der Universität Klagenfurt (Vorsitz),
  • Vertretern der TEWI-Institute der Universität Klagenfurt und
  • Vertretern der institutionellen Mitglieder des Förderverein Technische Fakultät an der Universität Klagenfurt.

Der Geschäftsführer des Förderverein Technische Fakultät an der Universität Klagenfurt kann zu den Sitzungen der Jury als nichtstimmberechtigtes Mitglied beigezogen werden. Die Sitzungen der Jury sind geschlossene Sitzungen und die Entscheidungen der Jury sind endgültig. Der Rechtsweg ist ausgeschlossen.

Die Preisverleihung findet üblicherweise im Rahmen einer TEWI-Veranstaltung statt.

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TEWI Colloquia in Distributed Systems, February 20-21, 2017

Monday, February 20, 2017, E.1.05

8.30am, Dr. Andreas Mauthe, Lancaster University, School of Computing and Communications

Title: Resilience in Dynamic, Opportunistic Systems-of-Systems

Abstract: Distributed computing environments nowadays are becoming increasingly diverse and differentiated in nature. They are moving from traditional distributed systems comprising PCs/mobiles + IP networks to ecosystems that include Internet of Things (IoT) installations (e. g. smart cities and buildings), environmental sensor and actuator networks (e. g. WSNs) using non-IP protocols, cluster-based cloud systems, ad-hoc networks such as MANETs and VANETs, and virtualised systems supported by network overlays (e. g. Clouds). In order to exploit the full potential of these various „systems“ they need to be dynamically interconnected, so they can interact with, and respond to each other. For example, VANETs talk to smart cities, WSNs process data in back-end clouds, and overlay-based systems adjust their resilience properties when their underlying IP environment changes. It is becoming recognised in many research communities that this can be best achieved through a „systems-of-systems“ approach. However, this also requires a new approach towards system resilience and security considering the autonomic characteristics and dynamic nature of systems-to-systems approach. We have developed a programming approach called tecton, which is a distributed representation of a potentially-opportunistically-interacting distributed system. It provides support for opportunistic, rule-based interaction with low overhead.

In this presentation I will introduce the tecton abstraction, and in particular discuss how resilience can be ensured within a dynamic systems-of-systems ecosystem. The resilience mechanisms are based on D²R²+DR framework originally conceived within an autonomic networking concept. Resilience is provided through structural means but also active components call Resilience Managers. Through these, independent systems can interact while ensuring that security and resilience are maintained. A central component of this framework is anomaly detection that operates in conjunction with remediation to provide operational resilience considering the environmental dynamics as well as novel threats.

The talk will also provide and outlook on further research challenges in the context of critical systems infrastructure, Internet of Things (IoT) and Cyber Physical Systems. Further, it will outline how the research relates to teaching and collaborative research opportunities within AAU.


 

10:45am, Dr. Stefan Schulte, TU Wien, Fakultät für Informatik

Title: Elastic Computing

Abstract: Especially in volatile IT environments, there is a constant necessity to adapt computational resources to fulfil the resource and quality demands of service users. Permanently providing resources which are able to handle peak loads is not the best solution for this, as these capacities will not be fully utilized most of the time, leading to unnecessary cost. However, permanent underprovisioning of computational resources is obviously also not an option.

Within this talk, elastic computing will be discussed as a solution to satisfy volatile demands for computational resources. A special focus will be on elastic processes and elastic stream processing. Also, a brief outlook on how Internet of Things devices could be used to provide computational resources for services will be given.


 

2:00pm, Dr. Vlado Handziski, TU Berlin / TU Dresden

Title: The Ever-changing Landscape of Distributed Systems

Abstract: During the last two decades the distributed systems research had to constantly adapt to a rapidly changing technological landscape bringing novel challenges and questioning long-held assumptions. The talk will provide a brief overview of this evolution, focusing on several important paradigm shifts like the emergence of resource-constrained wireless devices with rich sensing and actuation capabilities, the rise of the smartphone platform, the cloud-centric architecture and big-data processing frameworks, the microservices model and the renewed interest in data-centric middleware. I will elaborate on the major milestones as part of this evolution and highlight some of my own contributions to the field. In the final part of the talk I will concentrate on the future of distributed systems and explore some novel challenges from new application fields (e.g. cyber-physical systems), new technologies (e.g. blockchains) and new algorithms (e.g. deep learning).


 

4:15pm, Dr. Thomas Zinner, Universität Würzburg, Institute für Informatik

Title: SDN, NFV & DASH: Leistungsbewertung neuer Mechanismen zur Netz- und Anwendungs­steuerung

Abstract: Das heutige Internet hat sich über Jahrzehnte zu einer globalen, universalen Kommunikations- und Diensteplattform entwickelt. Der Erfolg des Internets wird vor allem vorangetrieben durch das vielfältige Angebot an Anwendungen, einhergehend mit der steigenden Verbreitung durch immer schnelleren Breitband-Internetzugang.  Leider kommt es aufgrund der starren Architektur, fehlender Flexibilität, und mangelnder Ressourcensteuerung immer wieder zu Beeinträchtigung der Dienstqualität und damit der vom Nutzer wahrgenommenen Dienstgüte. Neue Technologien und Konzepte wie Cloud Computing, Software Defined Networking oder die Virtualisierung von Netzfunktionen ermöglichen eine Flexibilisierung der Kommunikationsarchitektur und damit die Überwindung dieser Nachteile.

Der Vortrag befasst sich mit Leistungsuntersuchungen neuartiger Mechanismen zur Netz- und Anwendungssteuerung, die sich durch diese Technologien ergeben.



 

Tuesday, February 21, 2017, E.1.05

8:30am, Dr. Radu Prodan, Universität Innsbruck, Institut für Informatik

Title: Multi-objective Modelling and Optimization of Scientific and Industrial Applications on Distributed Computing Infrastructures

Abstract: The presentation is structured in four parts. It starts with an overview of the current research conducted by the applicant at the University of Innsbruck in the field of distributed and parallel systems. The second part introduces the ASKALON environment, the main research product of the applicant, designed to simplify and support the development cycle of scientific applications on distributed computing infrastructures. Afterwards, it presents a selection of the latest research methods and results obtained in two important areas: modelling, prediction and simulation of energy consumption and multi-objective optimisation and scheduling of scientific applications on distributed computed infrastructures with respect to time, cost, energy, robustness and storage as simultaneous conflicting objectives. The third part of the talk presents the research conducted by the applicant in the area of industrial applications, with focus on massively multiplayer online gaming on distributed computing resources. The talk concludes with an outlook into the future research plans.


 

10:45am, Dr. Karin Anna Hummel, Universität Linz, Department of Telecooperation

Title: The Interplay of Physical Mobility and Wireless Networked Systems

Abstract: Physical device mobility challenges networked systems as it causes degraded quality of wireless communication links, disconnections, and mobility management overhead, e.g. in the cellular network. The effects of physical mobility are on the one hand observable in the network, on the other hand, mobility context can be exploited to improve networking. In this talk, I explain the relation between physical mobility and networked systems and present two lines of my recent research. In the first part, I focus on the question whether the cellular network can be used as a reliable ubiquitous sensor of physical mobility. As the observation of signaling caused by mobile devices comes with considerable spatial uncertainties, characterizing mobility is challenging. I present a robust method that allows to counteract these uncertainties for vehicular traffic estimation. The outcomes of a one-month study based on real cellular data on a European highway reveal that our method can detect road congestion episodes reliably, and even faster than methods based on traditional road observation technologies. In the second part, I discuss how delay-tolerant networks can take smarter packet forwarding decisions about when, where, and to whom to transmit by being aware of the devices’ mobility context. In this frame, I detail results of several experimental studies with our fleet of micro aerial vehicles and demonstrate that leveraging mobility information and moreover anticipating mobility characteristics improves single link transmissions and data forwarding performance over multiple links.

 

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Einfluss von Sprachkonstrukten auf die Lösbarkeit von Answer-Set-Programmen

MS-Photo-8443… ist der Titel der 1. Platz des Roland-Mittermeir-Preis und wurde vom Förderverein Technische Fakultät mit EUR 1.500,– ausgezeichnet. Dem Autor und Preisträger, Herrn Dipl.-Ing. Richard Taupe, wurde der Preis im Rahmen des Festakts 30 Jahre Informatik an der Alpen-Adria-Universität Klagenfurt übergeben und die Arbeit wird hier kurz vorgestellt:

Im traditionellen Paradigma der imperativen Programmierung werden Computer auf die folgende Art verwendet, um Probleme zu lösen: Ein Mensch entwirft einen Algorithmus, also eine Schritt-für-Schritt-Anleitung, mit der das Problem gelöst werden kann, übersetzt diesen in eine Programmiersprache und lässt den Computer dieses Programm ausführen. Bei der deklarativen Programmierung hingegen wird dem Computer nicht vorgeschrieben, wie er das Problem zu lösen hat. Stattdessen wird ihm nur das Problem selbst in einer geeigneten Sprache beschrieben, sodass die Lösungen für das Problem von einem universell einsetzbaren Suchalgorithmus gefunden werden können.

Answer Set Programming (ASP) ist ein Ansatz zur deklarativen Programmierung. Dazu gehört auch eine formale Sprache, in der Probleme deklarativ beschrieben werden können. Die Syntax dieser Sprache definiert verschiedene Sprachkonstrukte, mit denen ein und der selbe Sachverhalt oft auf mehrere unterschiedliche Arten dargestellt werden kann. Aus diesem Grund gibt es oft viele unterschiedliche Möglichkeiten, ein Problem in ASP zu modellieren.

Die Frage, die in dieser Arbeit beantwortet wird, ist, ob – und, gegebenenfalls, wie – die Wahl der verwendeten Sprachkonstrukte die Lösbarkeit von in ASP modellierten Problemen beeinflusst. Mit Lösbarkeit ist hier im Wesentlichen die Laufzeit der Lösungs- algorithmen gemeint, die die Probleme möglichst schnell lösen sollen. Um diese Frage zu beantworten, wurde eine große Anzahl an Versuchen durchgeführt, in denen verschie- dene in ASP modellierte Probleme gelöst wurden. Dabei wurde gemessen, wie lange die Lösungsfindung jeweils dauerte. Jedes Problem wurde in mehreren Darstellungen modelliert, die sich nur in den verwendeten Sprachkonstrukten unterschieden.

Die statistische Analyse der bei diesen Experimenten angefallenen Daten zeigt vor allem, dass der Einfluss der verwendeten Sprachkonstrukte von Problem zu Problem stark schwankt: Was sich in einem Fall günstig auf die Lösbarkeit auswirkt, kann in einem anderen Fall unerwünschte Folgen haben. Bei praktischen Anwendungen von ASP sollten die verwendeten Sprachkonstrukte daher nicht leichtfertig gewählt werden. Stattdessen sollten verschiedene äquivalente Darstellungen angefertigt und ihre Lösbarkeit verglichen werden, um dann das am schnellsten lösbare Programm tatsächlich zu verwenden.

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Integration and Performance Evaluation of MPEG-DASH and DRM Systems in an HTML5 Environment

… ist der Titel der 2. Platz des Roland-Mittermeir-Preis und wurde vom Förderverein Technische Fakultät mit EUR 1.00,– ausgezeichnet. Dem Autor und Preisträger, Herrn Dipl.-Ing. Matteo Maiero, wurde der Preis im Rahmen des Festakts 30 Jahre Informatik an der Alpen-Adria-Universität Klagenfurt übergeben und die Arbeit wird hier kurz vorgestellt:

The global Internet Protocol (IP) traffic has seen and will see a big growth in the next years: for example, the Cisco (Cisco, 2014) report states that in 2013 the transferred quota for video had an average of 17,455 PB per month, more than three times the aggregated traffic generated by emails, Web and data. The expectation is that in 2018 this relation will become 1 to 5. This data demonstrates the increasing importance of multimedia content, that will become more pervasive as mobile devices will increase their market share.

The effects expected by the reports are visible today by non-technical people even only accessing the Internet: many new media services are springing up, like Youtube, Spotify and Netflix.

In this context, it’s clear the interest in the definition and the development of new and efficient protocols and techniques for multimedia transfer.

In the past, many different techniques for media distribution were used (for example “download and play” or “true streaming”), with commercial implementations like Microsoft Silverlight and Adobe Flash. Those were complete solutions for media distribution and rights management, but costly for the specific infrastructure needed by both server and client side and with a poor user experience, not being efficient in adapting content to network conditions.

The introduction of MPEG-DASH and two complementary extensions named MSE and EME is expected to change the multimedia distribution panorama. MPEG-DASH is a recent ISO and IEC standard that uses the widely spread HTTP protocol (and the related low cost Web servers) to allow the client of the multimedia streaming to adapt the rate of the requested content, depending on network conditions. MSE and EME, defined by W3C, are two Web related extensions: MSE will allow the integration of MPEG-DASH in browsers and Web applications, while EME will allow the distribution of rights-protected content. The scope is to allow millions of Internet connected devices to become media players.

The master thesis work focused mainly on the creation of a JavaScript project that was able to prove the integration of MPEG-DASH and W3C’s MSE and EME, developing a framework able to be used in a real context and that tries to support many different scenarios: from on-demand content to live, from unprotected to protected media, from multiplexed audio and video to separate streams.

When integrating MPEG-DASH, part of the thesis work was dedicated to the implementation and performance analysis of bandwidth estimation algorithms. This work could analyze 10 of them: Dash-JS, Festive, Instant, Liu, Miller-Quacchio, OSMF, Panda, QDASH, Thang and Tian-Liu, with both media segments 2 and 10 seconds. Performance tests were conducted in a controlled environment, with a fixed delay (80 and 250 ms), where a bandwidth shaper adapted the available bandwidth.

Another set of tests have been performed in a controlled environment using HTTP/2.0, an upcoming IETF standard that will substitute HTTP/1.1.

A third set of tests was performed in a “real” network, where the packets transferred faced real usage conditions.

Finally, the last set of tests was dedicated to the analysis of the algorithms behavior when two concurrent players share a bottleneck link, in order to understand the level of fairness of the algorithms when there are two competing players that have to share the available bandwidth.

The tests confirmed that the usage of segments of 2 seconds give the possibility to follow faster the network changes, but with the drawback of a higher instability of the probes performed and the consequence of a higher rate selection instability. The usage of segments of 10 seconds demonstrated higher stability, with the drawback of a bigger difficulty to determine the bandwidth changes, especially if the throughput drop is huge.

In general, almost all the algorithms reacted better when tested within a controlled environment with segments of 2 seconds: they could identify throughput changes almost immediately and have the possibility to react in time.

In a real environment the segment length of 10 seconds seemed to be the preferable solution, i.e., the throughput observed was more stable, with less bandwidth drops and, in this context, the algorithms could react better, with a lower number of playback stops and rate changes. The throughput of rates selected was comparable and in many tests higher, if compared to the ones done with segments of 2 seconds. Also the results for buffer levels and start times were better when 10 seconds segments were used.

As could be understood from this short overview, there is no algorithm that can be considered better in all the contexts: from the point of view of the user, maybe Miller can be considered the best algorithm, as it is the one that performed best in terms of number of playback stops and buffer level. Unfortunately, it has the drawbacks of a higher inefficiency and a lower mean of rates requested, due to its conservative approach.

From the writer’s point of view, a real implementation should be ready to use different algorithms, adapting to the type of device and the network used.

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Development of a Smart Lighting Application

MS-Photo-8440… ist der Titel der 3. Platz des Roland-Mittermeir-Preis und wurde vom Förderverein Technische Fakultät mit EUR 500,– ausgezeichnet. Dem Autor und Preisträger, Frau Dipl.-Ing.in Jennifer Simonjan, wurde der Preis im Rahmen des Festakts 30 Jahre Informatik an der Alpen-Adria-Universität Klagenfurt übergeben und die Arbeit wird hier kurz vorgestellt:

Ubiquitous computing has been in the focus of research for several years. In the near future, many of our everyday devices will be interconnected to optimally support us in our daily routines. The term Internet of Things deals with this inter-connectivity of everyday smart devices such as smartphones, tablets or even ordinary electronic devices at home. Increasing the comfort of humans is one of the main objectives of such Internet of Things applications, which can for instance be in the field of smart homes or offices. Such applications typically consist of several intelligent devices, which try to achieve certain goals cooperatively. These devices should coordinate themselves without the need for human interaction and without any central control guiding them. Thus, Internet of Things applications typically need to deal with decentralization and self-organization.

The focus of this thesis lies on decentralized and self-organized networks, paying particular attention to Internet of Things applications. This topic was first discussed theoretically, explaining decentralization and some ideas and concepts of self-organization. As practical use case, a smart lighting application was developed to enable an implementation and evaluation of the theoretical concepts. This application consists of a distributed wireless network of intelligent light bulbs which are able to take autonomous decisions. First, a formal description was developed to enable a mathematical definition of the problem structure. Various self- organizing algorithms, which enable the lights to make autonomous decisions to achieve certain common goals, were designed afterwards. To enable a simulation and evaluation of the formal designed algorithms, a simulator was implemented and used for evaluations.

Further, a demonstrator consisting of six smart light bulbs was built in the lab environment. This demonstrator enables a presentation of the algorithms, showing the behaviour of real light bulbs while performing self-organization and communication in a distributed manner. Finally, the demonstrator was evaluated to get a comparison between the real applications and the results of the simulation.

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