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Ziele

Ziele

Adaptive, sich selbst verflechtende IT-Systeme werden in naher Zukunft eine zentrale Rolle bei der Lösung immer komplexerer Fragestellungen spielen, die sich durch die allgegenwärtige Vernetzung unterschiedlichster Endgeräte ergeben. Die von Mark Weiser entwickelte Vision nach der der Computer durch „intelligente Gegenstände“ ersetzt wird ist inzwischen teilweise schon Realität geworden. Bereits heute steckt in vielen Alltagsgegenständen ähnliche Rechenpower wie in den üblichen PCs. Leider handelt es sich hierbei jedoch meist noch um proprietäre Lösungen, was einer umfassenden Vernetzung und sinnvollen, neue Anwendungen erschließenden Kommunikation zwischen den einzelnen Geräten entgegensteht. Die Bedienung der verschiedenen Gegenstände ist nicht einheitlich gelöst und vor allem meist nicht intuitiv und selbsterklärend. Schnittstellen zur intuitiven Administration und geeigneten Visualisierung der gerade entstehenden „Rechnerallgegenwart“, welche die Grundvoraussetzung sowohl für die Weiterentwicklung, als auch die Akzeptanz der Systeme bei den Nutzern bilden, fehlen praktisch vollständig.

Zentrales Ziel dieses Kollegs ist die Entwicklung von Verfahren zur sicheren und transparenten Kommunikation adaptiver, sich selbst vernetzender IT Systeme. Unter Kommunikation soll hier sowohl die Kommunikation zwischen den unterschiedlichen Systemen, als auch die Kommunikation zwischen den Anwendern und den Systemen, bzw. dem durch die Vernetzung entstehenden Gesamtsystem verstanden werden. Zur Lösung der dabei auftretenden Probleme werden Kompetenzen aus den unterschiedlichsten Gebieten der Informatik, wie zum Beispiel der theoretischen Informatik, den verteilten Systemen, der Telekommunikation, der digitalen Bildverarbeitung oder der Visualisierung benötigt. Mit den beteiligten Hochschullehrern hat sich eine solche interdisziplinäre Arbeitsgruppe zusammengefunden, die sich in ihren Kompetenzen über die Hochschul-Grenze hinaus ideal ergänzt, wodurch der fächerübergreifende Wissensaustausch weiter intensiviert wird.

Zur Verfolgung der Vision von adaptiven, sich selbst verflechtenden IT-Systemen für zukünftige Lebenswelten setzt sich das Doktorandenkolleg mit drei Forschungsschwerpunkten auseinander:

  • Self-X,
  • Security und
  • Human-Computer-Interaction.

 

Self-X


Self-X-Eigenschaften (Selbst-Organisation, Selbst-Konfiguration, Selbst-Optimierung, Selbst-Heilung, Selbst-Adaption, Selbst-Stabilisierung, Selbst-Schutz, Selbst-Steuerung, …) bilden ein zentrales Prinzip, um die Beherrschbarkeit hochkomplexer autonome Systeme zu ermöglichen, vorgegebene Qualitätsmerkmale zu erfüllen und einen Systembetrieb ohne nennenswerte Aufmerksamkeit durch die Benutzer zu erreichen. Hierzu werden Ansätze aus der Biologie sowie sozio-ökonomischer Systeme aufgegriffen.

Security


In Hinblick auf Security ist es zum einen das Ziel, Strukturen, Algorithmen und Protokolle zu entwickeln und zu verifizieren, die es ermöglichen, die nötige Authentizität von im Geflecht gewonnenen Daten zu garantieren und gleichzeitig die erforderliche Anonymität bzw. den notwendigen Schutz der Privatsphäre und der informationelle Selbstbestimmung der Benutzer schon auf technischer Basis, auch auf ressourcenarmen Systemen, überzeugend zu gewährleisten. Zum anderen muss das Geflecht in der Lage sein, sich ohne die Notwendigkeit von administrativen Eingriffen eines Benutzers, gegen Bedrohungen der Sicherheit von außen zu schützen (Self-protection), sowie unerwünschtes emergentes Verhalten abzuwehren. Ausgangspunkt bilden z.B. Untersuchungen zu Zero-Knowledge-Protokollen, sowie spezielle kryptographische Verfahren für eingebettete Systeme und Ad-Hoc-Netzwerke.

 

Human-Computer-Interaction (HCI)


Human-Computer-Interaction ist kritisch hinsichtlich unterschiedlicher User-Profile, hinsichtlich der Usability und hinsichtlich Engineering und Monitoring des Geflechts. Zentrale HCI Forschungsthemen innerhalb des Doktorandenkollegs sind Multisensor-Interfaces für neue Interaktionsmetaphern auf Basis unterschiedlicher Eingabesensoren einschließlich der nahtlosen Integration schon vorhandener Standard-Schnittstellen, Visualisierung zum Aufbau eines mentalen Modells des Geflechts im Nutzer durch neue Formen des visuellen Authorings unter Nutzung von Mixed Reality, sowie die evolutionäre Weiterentwicklung von User Interfaces, auch unter dem Aspekt der Barrierefreiheit.

Über die beschriebenen inhaltlichen Schwerpunkte hinaus will das Doktorandenkolleg einen wesentlichen Beitrag zum Engineering selbstorganisierender verteilter autonomer Systeme leisten, d.h. Modelle, Methoden und Werkzeuge entwickeln, um den Entwicklungszyklus von der Anforderungsbeschreibung bis zum Betrieb und zur Wartung eines solchen Geflechts zu unterstützen. Die Vision ist dabei soweit, dass sich auch die Nutzer als Autoren im Engineering-Prozess dank entsprechender Werkzeuge aktiv einbringen können. Das Doktorandenkolleg betrachtet dabei alle Systemebenen, von heterogenen Rechnerknoten und Kommunikationsinfrastrukturen über Middleware bis hin zu den Anwendungen in Arbeitsräume, Freizeiträume und Lernräume umfassende Lebenswelten der Zukunft.