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In den letzten Jahren haben Recommender Systeme zunehmend an Bedeutung gewonnen. Diese Systeme sind meist für Bereiche des E-Commerce konzipiert und berücksichtigen oftmals nicht den aktuellen Kontext der nutzenden Person. Recommender Systeme können allerdings nicht nur im E-Commerce zum Einsatz kommen, sondern finden ihren Anwendungszweck auch im Gesundheitswesen. Ziel dieser Bachelorarbeit ist es, ein Recommender System zu entwickeln, das den aktuellen Kontext der nutzenden Person (Chatverlauf, demografische Daten) besser berücksichtigen kann. Dazu befasst sich diese Arbeit mit der Konzeption und prototypischen Umsetzung eines kontextsensitiven Recommender Systems für einen bereits existierenden Chatbot aus dem Gesundheitswesen. Das in dieser Arbeit konzipierte und entwickelte Recommender System soll Mitarbeitende aus dem Gesundheits- und Sozialwesen entlasten und ihnen hilfreiche sowie thematisch sinnvolle Informationen zur Verfügung stellen. Basierend auf festgelegten Anforderungen wurde ein Konzept für das Recommender System entwickelt und zu Teilen als Prototyp umgesetzt. Abschließend wurde der Prototyp im Hinblick auf die Anforderungen evaluiert. Zudem fand eine technische Evaluation und eine Evaluation mithilfe von Anwendenden statt, welche den implementierten Prototypen bereits existierenden Systemen gegenüberstellte. Die von dem Prototyp empfohlenen Textausschnitte erzielten in der Evaluation mit nutzenden Personen eine thematisch signifikant höhere Übereinstimmung mit den Chatdaten.
Smart Home Security
(2022)
Interoperabilität zwischen Kommunikationsstandards im Smart Home Umfeld wird durch die steigende Anzahl an Geräten und Herstellern zu einer immer größeren Herausforderung. Nutzer müssen genau darauf achten, dass keine Probleme durch die Nutzung mehrerer Kommunikationsstandards entstehen. Oft sind nur Geräte desselben Herstellers oder einer Gruppe von Herstellern vollständig kompatibel, sodass zwangsweise eine Bindung zu den Herstellern aufgebaut wird. Zusätzlich haben die bereits etablierten Standards zahlreiche bekannte Sicherheitslücken, die bei einer unsauberen Implementierung von Angreifern ausgenutzt werden können.
Der neue Kommunikationsstandard Matter der Connectivity Standards Alliance (CSA) verspricht, diese Probleme zu lösen. Matter basiert auf den bereits existierenden Protokollen WiFi, Bluetooth und Thread und zählt bereits viele der großen Smart Home Hersteller, wie Google, Amazon, Apple, Philips und Signify, zu seinen Partnern. Außerdem soll die Sicherheit Matters für den Endnutzer ein fundamentaler Grundsatz in der Entwicklung sein. Die finale Veröffentlichung des Matter-Standards wird laut der CSA im Herbst 2022 erwartet.
Diese Bachelorthesis hat zum Ziel, Matter anhand des Entwurfs und der bereits öffentlichen Referenzimplementierung auf Schwachstellen im Bereich der Informationssicherheit zu untersuchen. Zur Bewertung der konzeptionellen Sicherheitsmaßnahmen werden unter anderem die Funktionsweise, die Einschätzung der Bedrohungslage, die gewählten Sicherheitsprinzipien für die Entwicklung und die Rolle des Datenschutzes betrachtet.
Im Anschluss werden einerseits bestehende Sicherheitslücken und Schwachstellen in den genutzten Kommunikationsprotokollen betrachtet, aber auch praktische Angriffe gegen Matter werden auf Basis der Betrachtung durchgeführt. Dazu werden sowohl ein Replay Attack als auch ein Deauthentication Attack gegen die Referenzimplementierung
durchgeführt.
Abschließend soll die Frage geklärt werden, ob Matter ein ausreichendes Maß an Sicherheit bieten und für Nutzer einen Vorteil schaffen kann.
Konzeption und Erstellung einer Informationsplattform zur Darstellung von Smart Home Anwendungen
(2022)
Gegenstand dieser Bachelorarbeit ist die Konzeption und Erstellung einer digitalen Informati-onsplattform zur Darstellung von Smart Home Anwendungen und deren Funktionsweise.
Als Grundlage hierfür dient der von der Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte For-schung errichtete und betriebene „Smarte Caravan (SmaC)“, in welchen zu Demonstrationszwecken einige Sensoren sowie Aktoren aus dem Smart Home Bereich eingebaut wurden.
Für die Erstellung der digitalen Informationsplattform wird daher zunächst eine Analyse sowie ein Vergleich der verschiedenen Möglichkeiten zur interaktiven Darstellung von Informationsinhalten durchgeführt.
Anschließend wird eine Aufstellung von Anwendungen und Szenarien gesammelt, welche in der interaktiven Darstellung integriert werden sollen.
Letztendlich liegt eine interaktive Smart Home Umgebung vor, mit der verschiedene Funktionalitäten des Smart Home erlebbar werden und Informationen darüber gewonnen werden können.
Die Visualisierung von Programmabläufen ist ein zentraler Aspekt für Programmieranfänger, um das Verständnis von Codeabläufen zu erleichtern und den Einstieg in der Softwareentwicklung zu unterstützen. In dieser Masterthesis wird ein speziell auf die Bedürfnisse von Einsteigern zugeschnittenes generisches Framework vorgestellt, wobei der Fokus auf einer einfachen, verständlichen aber auch korrekten Darstellung der Programmausführung liegt. Das Framework integriert das Debugger Adapter Protocol, um den Debugger unterschiedlicher Sprachen ansprechen und verwenden zu können.
In dieser Arbeit werden zunächst die Anforderungen für das generische Framework diskutiert. Anschließend werden bestehende Ansätze zur Visualisierung von Programmabläufen ausführlich untersucht und analysiert. Die Implementierung des Frameworks wird daraufhin detailliert beschrieben, wobei besonderer Wert auf die Erweiterbarkeit unterschiedlicher Sprachen gelegt wird.
Um die Eignung des Frameworks zu evaluieren, werden mehrere Aufgaben aus dem ersten Modul mit der jeweiligen Programmiersprache des Studiengangs Angewandte Informatik der Hochschule Offenburg betrachtet. Die Ergebnisse zeigen, dass das Framework mit den Aufgaben umgehen und diese korrekt und verständlich darstellen kann.
Go ist eine 2009 veröffentlichte Programmiersprache mit einem statischen Typsystem. Seit Version 1.18 sind auch Generics ein Teil der Sprache. Deren Übersetzung wurde im de facto Standard-Compiler mittels Monomorphisierung umgesetzt. Diese bringt neben einigen Vorteilen auch Nachteile mit sich. Aus diesem Grund beschäftigt sich diese Arbeit mit einer alternativen Übersetzungsstrategie für Generics in Go und implementiert diese in einem neuen Compiler für Featherweight Generic Go, einem Subset von Go. Zum Schluss steht damit ein nahezu funktionierender Compiler, welcher schließlich Racket-Code ausgibt. Eine Evaluierung der Performanz der Übersetzungsstrategie ist allerdings noch ausstehend.
Diese Bachelorthesis befasst sich mit der Testung eines an der TU München entwickelten Biosignalverstärkers zur Registrierung von auditorisch evozierten Potentialen. Ziel dieses Projekts ist die Charakterisierung dieses Verstärkers. Dabei soll geprüft werden, ob der Verstärker AEPs registrieren und um verstellbare Faktoren verstärken kann. Dafür wurde eine MATLAB – Software implementiert, die es erlaubt über eine Soundkarte akustische Signale mittels Kopfhörer auszugeben und zeitgleich die vom Verstärker registrierten Potentiale einzulesen, zu Mitteln und sie grafisch darzustellen.
Erste Versuche wurden mit der Loop Back Box von Interacoustics, einem Schwingkreis, der einen künstlichen Patienten simuliert, durchgeführt. Diese Versuchsreihen zeigten, dass reale Signale gemessen werden. Anschließend konnten Probandenmessungen mit dem Verstärker und Referenzmessungen mit der Eclipse von Interacoustics durchgeführt werden. Bei sämtlichen Messreihen zeigte sich im Vergleich der beiden Systeme hohe Ähnlichkeit der Kurvenverläufe. Insbesondere das zeitliche Auftreten der Jewett V, der größten gemessenen Amplitude, war nahezu identisch. Allerdings stimmen die Amplitudenwerte nicht überein. Während die Amplitude der Jewett V bei Messungen mit der Eclipse um die 1µV erreichte, war die Amplitude beim Verstärker nur ein bis zwei Nanovolt groß. Damit ist die Verstärkung um ein tausendfaches geringer als bei der Eclipse.
Anhand der gewonnenen Erkenntnisse konnten Hardware technische Optimierungen evaluiert und diskutiert werden.
Vorhofflimmern ist die häufigste tachykarde Herzrhythmusstörung weltweit. Dabei verliert das Herz seinen normofrequenten Sinusrhythmus und schlägt nicht mehr regelmäßig, sondern zu schnell und unregelmäßig. Vorhofflimmern ist normalerweise keine lebensbedrohliche Herzrhythmusstörung, aber es kann zu einem Schlaganfall führen. Die Ursache dieser Herzrhythmusstörung sind die Kreisende bzw. die fokalen Erregungen im linken Atrium, die hauptsächliche aus einer oder mehreren Pulmonalvenen kommen. Die übliche Therapieverfahren des Vorhofflimmerns ist die Pulmonalvenenisolation.
Diese Bachelorthesis beschäftigt sich daher mit der Modellierung unterschiedlicher linksatrialer Fokus-Modelle und intrakardialer Elektrodenkatheter für die Diagnostik und Terminierung von Vorhofflimmern mittels Pulmonalvenenisolation im Offenburger Herzrhythmusmodell nach Schalk, Krämer und Benke, welches in CST
Studio Suite realisiert wurde.
Zu Beginn wurden die verschiedenen linksatrialen fokalen Flimmerquellen modelliert und daraufhin simuliert. Hierbei wurde jeweils eine Simulation mit linksatrialen fokalen Flimmerquellen, die aus einzelnen, dualen oder allen vier Pulmonalvenen kommen, durchgeführt. Es wurde ebenfalls eine weitere Simulation mit Biosignalen (aus der Realität) erstellt. Mit diesen Simulationen konnte nun der elektrische Erregungsablauf sichtbar gemacht werden. Daraufhin wurden die Katheter für die Diagnostik und für die Pulmonalvenenisolation modelliert und in das bestehende Offenburger Herzrhythmusmodell integriert. Bei den Diagnostik-Kathetern handelte es sich um 10-polige Lasso® Katheter, zwei Varianten von PentaRay® NAV eco Katheter und 4-polige Diagnostik-Katheter „OSYPKA FINDER pure®“. Ablationskatheter sind zwei Varianten von Pentaspline Basket pose Katheter und HELIOSTAR™ Ablation Ballon. Abschließend wurden verschiedene Varianten von Isolationsverfahren der Pulmonalvenen modelliert und daraufhin die linksatrialen fokalen Flimmerquellen nach der Isolation der Pulmonalvenen simuliert.
Planung, Bau und Inbetriebnahme einer Anlage zur Entspannungsverdampfung im Technikums-Maßstab
(2023)
Das Ziel dieser Arbeit ist es, eine Anlage im Technikums-Maßstab für den Prozess der kontinuierliche Entspannungsverdampfung zu planen, zu bauen und in Betrieb zu nehmen. Ausgangspunkt der Arbeit ist die Entspannungsverdampfungs-Anlage „EVERDA“ der Hochschule Offenburg, welche in Batch-Fahrweise betrieben wurde.
Zur Erreichung dieses Ziels wurden die folgenden Punkte bearbeitet:
• Aufstellung von thermodynamischen Berechnungsgleichungen.
• Beschreibung der Entspannungsverdampfung in Batch-Fahrweise.
• Bewertung von Anlagenkomponenten der EVERDA in Batch-Fahrweise hinsichtlich ihrer Wiederverwendbarkeit für den kontinuierlichen Betrieb.
• Aufstellung der Rahmenbedingung für den kontinuierlichen Betrieb.
• Erstellung und Beschreibung eines detaillierten Anlagenkonzeptes für den kontinuierlichen Betrieb.
• Durchführung von Prozess-Simulationen mit dem neuen Konzept.
• Auslegung der Komponenten auf Basis der Rahmenbedingung und den Ergebnissen der Simulation.
• Entwurf und Aufbau der elektrischen Verschaltung zur Anlagensteuerung.
• Bau und Inbetriebnahme der Anlage.
Das Thema dieser Masterthesis lautet „Camera Stream Solution – Marktübersicht, Lösungsansätze, Prototyp“. Mit dieser Arbeit wird eine Videostreaming-Lösung für die Herrenknecht-Plattform CONNECTED realisiert. Dabei geht es um die Bildschirmaufnahme von Navigations- und Steuerungsbildschirmen auf Tunnelbohrmaschinen und die Übertragung dieser Aufnahmen in die Cloud. Letztlich wird ermöglicht die Aufnahmen in nahezu Echtzeit als Videostream in einem Videoplayer wiederzugeben.
Zu Beginn werden die Grundlagen zur Datenübertragung im Internet sowie zum Streaming erläutert. Im Anschluss wird eine Marktübersicht verschiedener Streaming-Komponenten gegeben sowie einige Lösungsansätze vorgestellt und anhand ausgewählter Kriterien verglichen. Im nächsten Schritt wird die Implementierung eines Prototyps behandelt. Dieser nutzt unter anderem ffmpeg für die Bildschirmaufnahme und die Kodierung sowie die Streaming-Protokolle RTMP (Real Time Messaging Protocol) und HLS (HTTP Live Streaming). Zur Realisierung der Architektur gehört auch die Entwicklung einer REST-API und eines REST-Clients in C#.
Mit dem Projekt wird eine „echte“ Streaming-Lösung für die Kundenplattform CONNECTED entwickelt, die einen Videostream mit 24 Bildern pro Sekunde bietet, um die bisherige Darstellung von Screenshots auf der Plattform zu ersetzen.
In modernen Industrieautomatisierungssysteme kann die IT-Sicherheit nicht mehr ignoriert werden. Um dem Datenverkehr Schutz zu bieten, sind kryptografische Schutzmaßnahmen notwendig. Eine gängige Schutzmaßnahme ist die Verwendung von digitalen Zertifikaten zur Autorisierung und Authentifizierung. Um Zertifikate sicher und geregelt auf Endgeräte zu bringen, ist jedoch eine Public-Key-Infrastructure notwendig. Solche PKIs sind bisher wenig im Umfeld der Industrieautomatisierung untersucht. Das Institut für verlässliche Embedded-Systems der Hochschule Offenburg bietet hierfür eine mögliche Lösung, welche auf einer zentralen Einheit, genannt Credentialing Entity, basiert. Ein Demonstrator dieses Konzepts wurde bereits in den weit verbreiteten Systemprogrammier-sprachen C und C++ implementiert.
Im Rahmen dieser Arbeit wird die Verwendung der modernen speichersicheren Programmiersprache Rust in der Systemprogrammierung als Alternative zu den Domänenführern C/C++ am Beispiel der Implementierung der Credentialing-Entity untersucht. Hierbei werden Aspekte wie die Vorzüge Rusts, dessen Ökosystem und Interoperabilität mit den Marktführern C/C++ untersucht.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Nutzung von Reinforcement Learning in der Informationsbeschaffungs-Phase eines Penetration Tests. Es werden Kernprobleme in den bisherigen Ansätzen anderer das Thema betreffender wissenschaftlicher Arbeiten analysiert und praktische Lösungsansätze für diese bisherigen Hindernisse vorgestellt und implementiert. Die Arbeit zeigt damit eine beispielhafte Implementierung eines Reinforcement Learning Agenten zur Automatisierung der Informationsbeschaffungs-Phase eines Penetration Tests und stellt Lösungen für existierende Probleme in diesem Bereich dar.
Eingebettet wird diese wissenschaftliche Arbeit in die Anforderungen der Herrenknecht AG hinsichtlich der Absicherung des Tunnelbohrmaschinen-Netzwerks. Dabei werden praktische Ergebnisse des eigen entwickelten Reinforcement Learning Modells im Tunnelbohrmaschinen-Test-Netzwerk der Herrenknecht AG vorgestellt.