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Transaktionen und Resilienzstrategie in Microservices-Architekturen
Get PDFDie Umsetzung von Transaktionen in Microservices-Architekturen ist herausfordernd. Das traditionelle Konzept der ACID-Eigenschaften wird in diesem Kontext in Frage gestellt, da Services unabhängig voneinander agieren, ihre eigenen Daten verwalten und hauptsächlich über Netzwerke kommunizieren.
Die Arbeit behandelt das Problem, dass Transaktionen in Microservices-Architekturen aus verschiedenen Perspektiven betrachtet werden können. Jeder Microservice verwaltet seine eigenen lokalen Transaktionen. Manchmal müssen auch serviceübergreifende Transaktionen durchgeführt werden. Bei der Umsetzung solcher Transaktionen werden die traditionellen ACID-Eigenschaften herausgefordert.
Man soll dabei auch mögliche Probleme mit Netzwerkstörungen und Systemausfällen in Betracht ziehen, um die Systemstabilität sicherzustellen. In dieser Arbeit haben wir auch untersucht, wie wir stabile, skalierbare und resiliente Systeme entwickeln können, die serviceübergreifende Transaktionen durchführen können.
Um all diese Herausforderungen anzugehen, wird zuerst nach vorhandenen Strategien und Mustern recherchiert. Danach wird ein Prototyp konzipiert und umgesetzt, um zu zeigen, wie durch den Einsatz passender Muster Koordination und Fehlertoleranz in einer tatsächlichen Microservice-Architektur umgesetzt werden können. Im Anschluss wird der Prototyp auch evaluiert. Die Ergebnisse zeigen, dass gewisse Muster eine Umsetzung von stabilen Abläufen über verschiedene Services hinweg ermöglichen. Es wäre dabei ratsam, nicht nur blind strenge Konsistenz anzustreben, sondern bei Bedarf bereit zu sein, Konsistenzgarantien abzuschwächen. Im Endeffekt verlassen wir uns darauf, dass unser System irgendwann später konsistent sein wird. Zum Schluss werden die praktischen Ergebnisse besprochen und Möglichkeiten für zukünftige Experimente genannt.Implementing transactions in microservice architectures could be viewed as a non-trivial task. The traditional ACID concept is called into question because services act independently, manage their data, and communicate mainly over networks.
This thesis addresses the problem that transactions in microservice architectures can be viewed from several angles. Each individual microservice is capable of managing its own local transactions; however, cross-service transactions are occasionally required. Implementing such transactions challenges the classical ACID guarantees.
To maintain system stability, we must consider potential issues caused by network disruptions and system failures. We therefore investigate how to build stable, scalable, and resilient systems that can execute cross-service transactions. To tackle these challenges, we first survey existing strategies and patterns. Next, we
design and implement a prototype that demonstrates how appropriate patterns can deliver coordination and fault tolerance in a real microservice architecture. The prototype is then evaluated. The results indicate that certain patterns enable reliable workflows across services. Rather than blindly pursuing strict consistency, it is advisable to weaken consistency guarantees when necessary and rely on the system to become eventually consistent.
Finally, we discuss the practical outcomes and propose ideas for future experiments
CPS prototype development for AI-based scenario adaptation in flight simulator training
Get PDFEvidence-based training as part of competency-based training and assessment confronts pilots with unexpected events in realistic scenarios in order to promote problem-solving and adaptability. Linking theory and practice is essential to promote these competencies. To achieve this, a cyber-physical system is presented that enables this through the innovative approach of “deep-linking keywords.” A heuristic scoring function determines a fulfillment score for each keyword. Based on the assessment, scenario-based training is adapted, enabling necessary individualization. Compared to existing systems, the prototype generates a coherent dataset that bridges knowledge work and scenario-based training, allowing for comprehensive scenario adaptation. The cyber-physical system consists of a computer-based training system built on the Django framework, a Basic Instrument Training Device, and flight simulator software, integrated via an application programming interface. After each evidence-based training session, performance data are processed through structured analysis pipelines to extract and evaluate scenario-linked feature vectors. This enables iterative parameter optimization for adaptive scenario control. Building on the prototype and the proven effectiveness of the heuristic scoring function, a large dataset will be compiled, and the rule-based method will be replaced by machine learning to enhance safety, effectiveness, and efficiency in aviation through highly individualized training enabled by an AI-based cyber-physical system.PeerReviewe
Semi-Automated Labeling in the Domain of Bloom Segmentation
Get PDFSupervised machine learning has experienced rapid growth in recent years, becoming increasingly relevant to various aspects of our lives. However, one of the significant challenges in this domain is the need for labeled data. Traditional data labeling methods involve substantial manual effort, which can be tedious and resource-intensive. This thesis aims to solve this problem by adapting a semi-automated labeling framework to partially automate the data labeling process. The focus is on implementing and testing the framework for the area of semantic segmentation.
The results show that the adapted framework does not achieve the same results as the original paper. The adjustments lead to the appearance of the problem of catastrophic forgetting, which could not be solved with clearly positive results within the scope of this work. After a lot of manual work and many training runs, the framework does not achieve better results than the standard U-Net training after the same number of
epochs.Machine Learning hat in den letzten Jahren ein rasantes Wachstum erfahren und wird zunehmend zu einem festen Bestandteil unseres Lebens. Eine der größten Herausforderungen im Bereich des Supervised Machine Learning ist der hohe Bedarf an gelabelten Daten. Herkömmliche Methoden des Datenlabelns erfordern einen erheblichen manuellen Aufwand, der mühsam und ressourcenintensiv ist. Diese Arbeit zielt darauf ab, dieses Problem durch die Adaption eines semi-automatisierten Labeling-Frameworks zu lösen, welches den Datenlabelingprozess teil-automatisieren soll. Der Fokus liegt auf dem Implementieren und Testen des Frameworks für den Bereich der semantischen Segmentierung.
Die Ergebnisse zeigen, dass das angepasste Frameworks nicht die gleichen Ergebnisse erzielt wie das originale Paper. Die Anpassungen führen zum Auftreten des Problems des catastrophic forgetting, welches im Rahmen dieser Arbeit nicht mit klar positiven Ergebnissen gelöst werden konnte. Das Framework erzielt nach viel manueller Arbeit und vielen Trainingsdurchläufen keine besseren Ergebnisse als das Standard U-Net Training nach der gleichen Anzahl an Epochen
Robust Predictable Control (RPC) for optimizing fed-batch penicillin production
No full textBiochemical processes, characterized by nonlinear dynamics and uncertainties, pose significant optimization challenges. This work explores Robust Predictable Control (RPC) as a Reinforcement Learning (RL) algorithm to enhance a fed-batch penicillin production process utilizing the simulation model IndPenSim. Unlike some RL implementations that constrain exploration based on prior knowledge, the selected RPC approach allows the RL agent to explore freely and identify optimal control strategies by itself. We trained the RL agent under disturbance-free conditions and evaluated its performance against various unseen initial process conditions and disturbances. Results show that RPC significantly outperforms other process control methods, including other RL implementations, achieving higher yields with fewer necessary measurements as input for the RL agent. Analyzing two reward functions - penicillin concentration and yield - revealed that using concentration in the reward function improved agent training for maximizing yield, highlighting the importance of reward design in RL. Additionally, the trained RL agent effectively adapted to different action intervals, demonstrating robustness in dynamic environments without retraining. Our findings underscore RPC's potential for optimizing biochemical processes, especially in scenarios with few measurements, paving the way for AI-driven control systems in industrial applications.PeerReviewe
Nichts Gutes kommt von oben
No full textFür die meisten Menschen ist eine Cyberattacke etwas, das im eigenen Postfach oder Netzwerk lauert. Doch was vielen nicht bewusst ist: Durch Drohnen können solche Angriffe heute auch über unseren Köpfen oder vor unserem Fenster passieren.AlternativeReviewe
Effect of filter kernel on scale energetics of near-wall turbulent structures
No full textInter-scale energy fluxes, Π λ , are widely used as a diagnostic tool to analyze energy transfer across length scales, λ , in turbulence data. Here, we investigate how the choice of filter kernel (sharp spectral, Gaussian, and box) affects the computed energy fluxes at constant filter width. We apply spatial filtering to a turbulent pipe flow simulation dataset and assess the effect on the local structure of Π . While the mean energy flux profile at each wall-normal distance is qualitatively robust across kernels, we observe significant differences in the intensity and spatial distribution of localized Π events. Correlations between typical flow structures in the buffer layer (streaks, vortices, and Q events) and regions of forward/backward transfer in the instantaneous Π field differ markedly between kernel types. Cross-correlations appear strongly upstream-downstream symmetric when using the sharp spectral kernel but asymmetric for the Gaussian and box kernels. For the Gaussian and box kernels Π events tend to localize along the inclined meander of streaks, while they are centered on top of the streaks for the sharp spectral kernel. Moreover, using the sharp spectral kernel, we observe a coincidence of backward scatter and fluid transport away from the wall ( Q 1 ), which does not appear with the Gaussian and box kernels. All kernels, however, predict backward scatter directly downstream of Q 1 events. The results suggest that interpretations of inter-scale energy flux based on sharp spectral scale separation should be treated with caution, since such kernels act non-local in physical space, whereas Π events are inherently localized. Our Python post-processing tool eFlux for scale separation and energy flux analysis in pipe flows is freely available and readily adaptable to other flow configurations and filter widths.PeerReviewe
Zwischen Hilfe und Hürde : Eine Untersuchung der Unterstützungsstrukturen zur elektronischen Patientenakte im Versorgungskontext pflegender Angehöriger von Menschen mit Demenz
Get PDFVor dem Hintergrund des demographischen Wandels und der steigenden Zahl von Menschen mit Demenz gewinnt deren Versorgung durch An- und Zugehörige im familiären Umfeld zunehmend an Bedeutung. Zeitgleich bewegen digitale Erneuerungen das Gesundheitswesen, insbesondere die Einführung der elektronischen Patientenakte (ePA). Diese weist Potenzial zur Entlastung für Pflegende auf, jedoch auch Herausforderungen der Implementierung und Anwendung, besonders für vulnerable Gruppen wie Menschen mit Demenz und deren versorgendes Umfeld. Dies stellt Beratungseinrichtungen mit Demenzbezug vor die Aufgabe, digitaltechnische Inhalte wie die ePA in ihre Beratungsstruktur zu integrieren. In der vorliegenden qualitativen Untersuchung wurden leitfadengestützte Interviews mit Beratungs- und Unterstützungseinrichtungen aus Hamburg geführt. Die Datenauswertung erfolgte durch eine qualitative Inhaltsanalyse nach Mayring. Die Analyse zeigt auf, dass die ePA bislang kaum Implementierung in die Beratungsstruktur erfährt. Bei beratenden Organisationen bestehen Unsicherheiten und Informationsdefizite, trotz des potenziellen Nutzens der ePA für heimisch Pflegende. Gleichzeit bestehen keine Schnittstellen zwischen der Nationalen Demenzstrategie und der Digitalisierungsstrategie für das Gesundheitswesen und die Pflege, was einer fehlenden Einbindung der Beratungsbedarfe von Menschen mit Demenz und deren versorgendem Umfeld entspricht. Das Entlastungspotenzial der ePA in der heimischen Versorgung von Menschen mit Demenz kann bekannt gemacht und erweitert werden, wenn es zielgruppenspezifisch in die bestehende Beratungs- und Unterstützungsstrukturen integriert wird. Notwendig dafür ist eine stärkere Berücksichtigung der Bedürfnisse vulnerabler Gruppen wie die der Menschen mit Demenz sowie deren An- und Zugehörige. Durch die Erweiterung der Beratungsstruktur in Richtung digitaler Angebote wie die ePA können Multiplikatoren eine Schlüsselrolle in der Implementierung der ePA einnehmen
Noise reduction of a circulation-controlled wing with porous insert
No full textA circulation-controlled wing has the potential to significantly increase lift, however, at the cost of in
creased noise. In this study, we use Overset-LES to explore the noise reduction capabilities of applying
porous materials to such a circulation-controlled wing. The presence of a porous medium in the flap allows
airflow to pass through, in contrast to a non-porous flap configuration. Consequently, the boundary layer
on the flap’s suction side thickens considerably. This study provides insights into the role of flow-through
behavior in porous materials and its effect on boundary layer thickening, highlighting the need to moderate
this phenomenon to achieve effective noise reduction. Additionally, the findings underscore the significance
of curvature noise, which should be the primary focus to reduce noise of circulation-controlled wings.AlternativeReviewe
Technisch-wirtschaftliche Bewertung des Transports von verflüssigtem CO2 per Lkw
No full textThis study presents a techno-economic evaluation of liquefied CO2 transport via trucking, covering the full transport chain from liquefaction, buffer storage and trucking to reconditioning. The analysis spans a wide range of transport demands (25–1000 t/d) and distances (25–500 km), aiming to quantify the conditions under which trucking is a cost-effective alternative to pipeline transport. A detailed cost model was developed for each transport stage, including component-level capital and operating costs. Results indicate that trucking transport is economically favorable for long distances and low transport volumes, with its cost advantage ending beyond 400 t/d. As distance increases, trucking remains competitive at higher flow rates up to this threshold. Liquefaction is the dominant cost contributor at shorter distances, whereas the trucking part becomes the largest cost factor over longer distances. Buffer storage and reconditioning consistently contribute less to the total cost. Operational expenditure (OPEX) consistently exceeds capital expenditure (CAPEX), with energy consumption and liquefaction O&M costs together representing on average around 60% of OPEX (ranging from ∼80% for the 50 km case to ∼43% for the 500 km case). The Sensitivity analysis identifies trailer load capacity and electricity price as the most influential cost drivers, while fixed infrastructure costs have relatively minor impacts. Overall, this work provides a robust framework and practical insights for selecting cost-efficient CO2 transport methods and supports future planning of CCUS systems. Beyond its quantitative findings, this study introduces a transparent, step-by-step methodology for CO2 trucking cost assessment, filling a notable gap in existing literature.In dieser Studie wird eine technisch-wirtschaftliche Bewertung des Transports von verflüssigtem CO2 per Lkw vorgelegt, die die gesamte Transportkette von der Verflüssigung über die Pufferlagerung und den Transport per Lkw bis zur Wiederaufbereitung abdeckt. Die Analyse umfasst ein breites Spektrum von Transportanforderungen (25-1000 t/d) und Entfernungen (25-500 km), um die Bedingungen zu quantifizieren, unter denen der Lkw-Transport eine kostengünstige Alternative zum Pipelinetransport darstellt. Für jede Transportphase wurde ein detailliertes Kostenmodell entwickelt, das die Kapital- und Betriebskosten auf Komponentenebene berücksichtigt. Die Ergebnisse zeigen, dass der Lkw-Transport bei großen Entfernungen und geringen Transportmengen wirtschaftlich vorteilhaft ist, wobei der Kostenvorteil jenseits von 400 t/d endet. Mit zunehmender Entfernung bleibt der Lkw-Transport bei höheren Durchflussmengen bis zu dieser Schwelle wettbewerbsfähig. Bei kürzeren Entfernungen ist die Verflüssigung der vorherrschende Kostenfaktor, während bei größeren Entfernungen der Lkw-Transport der größte Kostenfaktor wird. Pufferlagerung und Rekonditionierung tragen durchweg weniger zu den Gesamtkosten bei. Die Betriebskosten (OPEX) übersteigen durchweg die Investitionskosten (CAPEX), wobei der Energieverbrauch und die Betriebs- und Wartungskosten für die Verflüssigung zusammen im Durchschnitt etwa 60 % der OPEX ausmachen (zwischen ∼80 % für den 50 km-Fall und ∼43 % für den 500 km-Fall). Die Sensitivitätsanalyse zeigt, dass die Anhängelastkapazität und der Strompreis die einflussreichsten Kostentreiber sind, während die festen Infrastrukturkosten relativ geringe Auswirkungen haben. Insgesamt bietet diese Arbeit einen robusten Rahmen und praktische Erkenntnisse für die Auswahl kosteneffizienter CO2-Transportmethoden und unterstützt die zukünftige Planung von CCUS-Systemen. Über die quantitativen Ergebnisse hinaus führt diese Studie eine transparente, schrittweise Methodik für die Bewertung der Kosten von CO2-Transporten ein und füllt damit eine bemerkenswerte Lücke in der bestehenden Literatur.PeerReviewe
Ultraschall Mikrofon-Array-Adapter und digitale Audiosignalverarbeitung zur Detektion und Ortung von Fledermausrufen
Get PDFDiese Abschlussarbeit befasst sich mit der Hard- und Softwareentwicklung eines kostengünstigen Adapters mit ultraschallfähigen Mikrofonarrays zur Anbindung an Endgeräte wie Computer, Laptops und Mobilgeräte. Dies soll die Aufnahme von Fledermausrufen im nicht hörbaren Ultraschallbereich ermöglichen. Unter Verwendung von digitalen Audiosignalverarbeitungsalgorithmen sollen die Sozialrufe der Fledermäuse hörbar gemacht und der Einfallswinkel eindimensional lokalisiert werden.This thesis includes the hardware and software development of a low-cost adapter with external ultrasound capable microphone arrays for the connection to devices such as computers, laptops and mobile devices. This should enable the recording of microbat calls in the inaudible ultrasound range. Using digital audio signal processing algorithms, the social call of microbats shall be made audible and their one-dimensional angle location determined