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The number of use cases for autonomous vehicles is increasing day by day especially in commercial applications. One important application of autonomous vehicles can be found within the parcel delivery section. Here, autonomous cars can massively help to reduce delivery efforts and time by supporting the courier actively. One important component of course is the autonomous vehicle itself. Nevertheless, beside the autonomous vehicle, a flexible and secure communication architecture also is a crucial key component impacting the overall performance of such system since it is required to allow continuous interactions between the vehicle and the other components of the system. The communication system must provide a reliable and secure architecture that is still flexible enough to remain practical and to address several use cases. In this paper, a robust communication architecture for such autonomous fleet-based systems is proposed. The architecture provides a reliable communication between different system entities while keeping those communications secure. The architecture uses different technologies such as Bluetooth Low Energy (BLE), cellular networks and Low Power Wide Area Network (LPWAN) to achieve its goals.
Modeling of Random Variations in a Switched Capacitor Circuit based Physically Unclonable Function
(2020)
The Internet of Things (IoT) is expanding to a wide range of fields such as home automation, agriculture, environmental monitoring, industrial applications, and many more. Securing tens of billions of interconnected devices in the near future will be one of the biggest challenges. IoT devices are often constrained in terms of computational performance, area, and power, which demand lightweight security solutions. In this context, hardware-intrinsic security, particularly physically unclonable functions (PUFs), can provide lightweight identification and authentication for such devices. In this paper, random capacitor variations in a switched capacitor PUF circuit are used as a source of entropy to generate unique security keys. Furthermore, a mathematical model based on the ordinary least square method is developed to describe the relationship between random variations in capacitors and the resulting output voltages. The model is used to filter out systematic variations in circuit components to improve the quality of the extracted secrets.
The evolution of cellular networks from its first generation (1G) to its fourth generation (4G) was driven by the demand of user-centric downlink capacity also technically called Mobile Broad-Band (MBB). With its fifth generation (5G), Machine Type Communication (MTC) has been added into the target use cases and the upcoming generation of cellular networks is expected to support them. However, such support requires improvements in the existing technologies in terms of latency, reliability, energy efficiency, data rate, scalability, and capacity.
Originally, MTC was designed for low-bandwidth high-latency applications such as, environmental sensing, smart dustbin, etc. Nowadays there is an additional demand around applications with low-latency requirements. Among other well-known challenges for recent cellular networks such as data rate energy efficiency, reliability etc., latency is also not suitable for mission-critical applications such as real-time control of machines, autonomous driving, tactile Internet etc. Therefore, in the currently deployed cellular networks, there is a necessity to reduce the latency and increase the reliability offered by the networks to support use cases such as, cooperative autonomous driving or factory automation, that are grouped under the denomination Ultra-Reliable Low-Latency Communication (URLLC).
This thesis is primarily concerned with the latency into the Universal Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) of cellular networks. The overall work is divided into five parts. The first part presents the state of the art for cellular networks. The second part contains a detailed overview of URLLC use cases and the requirements that must be fulfilled by the cellular networks to support them. The work in this thesis is done as part of a collaboration project between IRIMAS lab in Université de Haute-Alsace, France and Institute for Reliable Embedded Systems and Communication Electronics (ivESK) in Offenburg University of Applied Sciences, Germany. The selected use cases of URLLC are part of the research interests of both partner institutes. The third part presents a detailed study and evaluation of user- and control-plane latency mechanisms in current generation of cellular networks. The evaluation and analysis of these latencies, performed with the open-source ns-3 simulator, were conducted by exploring a broad range of parameters that include among others, traffic models, channel access parameters, realistic propagation models, and a broad set of cellular network protocol stack parameters. These simulations were performed with low-power, low-cost, and wide-range devices, commonly called IoT devices, and standardized for cellular networks. These devices use either LTE-M or Narrowband-IoT (NB-IoT) technologies that are designed for connected things. They differ mainly by the provided bandwidth and other additional characteristics such as coding scheme, device complexity, and so on.
The fourth part of this thesis shows a study, an implementation, and an evaluation of latency reduction techniques that target the different layers of the currently used Long Term Evolution (LTE) network protocol stack. These techniques based on Transmission Time Interval (TTI) reduction and Semi-Persistent Scheduling (SPS) methods are implemented into the ns-3 simulator and are evaluated through realistic simulations performed for a variety of low-latency use cases focused on industry automation and vehicular networking. For testing the proposed latency reduction techniques in cellular networks, since ns-3 does not support NB-IoT in its current release, an NB-IoT extension for LTE module was developed. This makes it possible to explore deployment limitations and issues.
In the last part of this thesis, a flexible deployment framework called Hybrid Scheduling and Flexible TTI for the proposed latency reduction techniques is presented, implemented and evaluated through realistic simulations. With help of the simulation evaluation, it is shown that the improved LTE network proposed and implemented in the simulator can support low-latency applications with low cost, higher range, and narrow bandwidth devices. The work in this thesis points out the potential improvement techniques, their deployment issues and paves the way towards the support for URLLC applications with upcoming cellular networks.
Die vorliegenden Arbeit befasst sich mit dem datengetriebenen Targeting im Social-Media Advertising. Sie gibt einen Einblick in die verschiedenen Möglichkeiten der datengetriebenen Zielgruppenansprache, welche die sozialen Netzwerke für werbetreibenden Unternehmen zur Verfügung stellen. Zu Beginn werden die Grundlagen des Datenmanagements dargestellt und anschließend die wesentlichen Targeting-Techniken sowie die technischen und juristischen Grenzen präsentiert. Dabei wird auf die Relevanz der Zielgruppenbestimmung eingegangen. Im Weiteren werden die Varianten des Social-Media-Targeting am Beispiel von Facebook ausgearbeitet. Am Ende wird ein Überblick über die Plattformen Facebook, Instagram, Twitter, LinkedIn, Pinterest und YouTube entwickelt.
Die Coronakrise hat weltweit das Wirtschafts- und Gesellschaftsleben in bisher ungekannter Weise verändert. Die ohnehin bereits komplexen Herausforderungen in Zeiten des Klimawandels sind damit noch gestiegen. Genossenschaftliche Innovationsökosysteme können Lösungsansätze für die gravierenden Veränderungen im unternehmerischen, kommunalen und gesellschaftlichen Umfeld schaffen.
E-Learning hat als ergänzendes Erlösmodell ein hohes Potenzial im Online-Journalismus, findet bisher allerdings wenig Beachtung. Insbesondere Garten- und Pflanzenthemen lassen sich aufgrund ihrer Praxisnähe gut über Onlinekurse vermitteln. Die Arbeit untersucht die Ansprüche der gartenjournalistischen Zielgruppe an einen entsprechenden Onlinekurs sowie an das dazugehörige Erlösmodell. Dazu gibt die Masterthesis theoretische Einblicke in die Themen Online-Journalismus, Erlösmodelle und E-Learning und betrachtet diese im Kontext der Erfolgsfaktoren von Onlinekursen. Neben der Themenrelevanz und dem Anbietervertrauen wurden die Motivierung und der Unterhaltungswert, Verständlichkeit und Praxisbezug sowie Betreuungsleistung und Kollaborationsmöglichkeiten als Erfolgsfaktoren ermittelt. Be- züglich des Erlösmodells stellen der Leistungsumfang sowie die Erlösform und Preisattraktivität ele- mentare Faktoren dar. Mit Hilfe qualitativer Sozialforschung am Beispiel der Zielgruppe von Mein schö- ner Garten wurden die Aspekte analysiert und deren Bedeutsamkeit bestätigt. Besonders die Wissens- vermittlung durch eine kompetente Lehrkraft, eine individuelle Betreuung, Live-Events und Community-Aspekte stellen einen Mehrwert gegenüber anderen gartenjournalistischen Angeboten dar. Jedoch unterscheiden sich die konkreten Ansprüche an die Gestaltung der Faktoren und die Gewichtung ihrer Relevanz ist abhängig vom Lerntyp. Das zeigt sich auch in einer variierenden Zahlungsbereitschaft, die wesentlich von den persönlichen Erwartungen und dem gebotenen Zusatznutzen abhängt. Individuelle Tarife und eine ergänzende Werbefinanzierung sind deshalb sinnvoll.
Um die Akzeptanz und Relevanz von Mailings zu steigern, ist es für Unternehmen wichtig, die Kundeninteressen möglichst gezielt anzusprechen. Bereits jetzt wird die E-Mail-Marketing Lösung Inxmail Professional zusammen mit Recommender Systemen eingesetzt, was das Erstellen und Versenden von E-Mails mit personalisierten Produktempfehlungen ermöglicht. Das notwendige Wissen für den Aufbau und den Betrieb dieser Recommender Systeme liegt dabei jedoch bei (externen) Technologie-Partnern, wodurch höhere Kosten und zusätzliche Abhängigkeiten für Inxmail und seine Kunden entstehen.
Mit dieser Arbeit wurde erforscht, was es für das Unternehmen Inxmail bedeutet, mit Open-Source-Software ein eigenständiges Recommender System aufzubauen und in die E-Mail-Marketing Lösung Inxmail Professional zu integrieren. Hierfür wird Inxmail Professional in einem typischen Kontext mit einem angebundenen Onlineshop System betrachtet. Das Recommender System soll anhand der Daten, die es aus dem Onlineshop System bekommt, individuelle Produktempfehlungen berechnen, um diese automatisiert beim Versand für jeden Empfänger abfragen und in die E-Mail integrieren zu können.
Auf Basis des Machine Learning Servers Harness und der integrierten Universal Recommender Engine wurde ein Recommender System aufgebaut.
Für die Integration des Onlineshop Systems Shopware wurde ein Plugin entwickelt, welches das Recommender System über alle relevanten Benutzeraktionen benachrichtigt. Die Inxmail Professional Integration basiert auf einem Webservice, der implementiert wurde, um die individuellen Produktempfehlungen für einen Kunden/Empfänger beim Recommender System abzufragen und mit den Detailinformationen zu den Produkten aus dem Onlineshop aufzubereiten.
Es konnte gezeigt werden, dass auf der Grundlage von Open-Source-Technologien ein eigenständiges Recommender System aufgebaut, evaluiert und in Inxmail Professional mit angebundenem Onlineshop System integriert werden kann. Der Gesamtprozess für die Evaluation des Systems wurde weitestgehend automatisiert, wodurch viele manuelle und zeitintensive Schritte über Steuerungsskripte abgehandelt werden können. Das System erlaubt die reibungslose Verarbeitung großer Datenmengen (> 19.000.000 Events) auf einem einzelnen Server. Die Vorhersagequalität wurde anhand realer Interaktionsdaten aus öffentlichen E-Commerce-Datensätzen mit Offline-Tests gemessen. Dadurch wurde sichergestellt, dass das System in der Lage ist, bei stetig wachsender Eventmenge zuverlässige aufempfehlungen zu berechnen. Die Tests haben gezeigt, dass bei mehreren Millionen Events von mehreren Tausend Benutzern für mehrere Tausend Produkte, 13 % bis 15 % aller tatsächlichen Käufe in den Top-10 der vom System vorgeschlagenen Empfehlungen enthalten waren.
Damit wurde die Grundlage für den selbstständigen Aufbau und Betrieb eines Recommender Systems gelegt, was eine sinnvolle und kostengünstige Alternative zu externen Systemen sein kann.
In the field of network security, the detection of intrusions is an important task to prevent and analyse attacks.
In recent years, an increasing number of works have been published on this subject, which perform this detection based on machine learning techniques.
Thereby not only the well-studied detection of intrusions, but also the real-time capability must be considered.
This thesis addresses the real-time functionality of machine learning based network intrusion detection.
For this purpose we introduce the network feature generator library PyNetFlowGen, which is designed to allow real-time processing of network data.
This library generates 83 statistical features based on reassembled data flows.
The introduced performant Cython implementation allows processing individual packets within 4.58 microseconds.
Based on the generated features, machine learning models were examined with regard to their runtime and real-time capabilities.
The selected Decision-Tree-Classifier model created in Python was further optimised by transpiling it into C-Code, what reduced the prediction time of a single sample to 3.96 microseconds on average.
Based on the feature generator and the machine learning model, an basic IDS system was implemented, which allows a data throughput between 63.7 Mbit/s and 2.5 Gbit/s.