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Forschung, Innovation, Technologie – Informationstechnologie

Projekte aus den Jahren 2002-2006

www.f i t - i t .at

2 FIT-IT

FIT-IT 3

Vorwort

Informationstechnologie ist heute einer der bedeutendsten Motoren der wirtschaftlichenEntwicklung und in allen Bereichen der Wirtschaft wie des täglichen Lebens anzutreffen.Als generische Technologie bewirkt neue Informationstechnologie oft dramatische Weiterentwicklungen in unterschiedlichen Sektoren und leistet so einen entscheidendenBeitrag zum Strukturwandel der österreichischen Volkswirtschaft in Richtung Hochtech-nologie. Auch als Teil der Infrastruktur spielt Informationstechnologie eine zentrale Rolle.

Damit Österreich die Chancen dieser andauernden dynamischen Entwicklung in vollemAusmaß nützen kann, ist es von großer Bedeutung, dass österreichische Unternehmenund Forschungseinrichtungen nicht nur in der Anwendung, sondern auch in der Erforschung, Entwicklung und Vermarktung der Informationstechnologien von morgenSpitzenleistungen hervorbringen, die der hohen Leistungsfähigkeit der österreichischenVolkswirtschaft angemessen sind. Nur so kann Österreich mittel- und langfristig aus derInformationstechnologie den optimalen Nutzen ziehen.

Das Impulsprogramm FIT-IT des Bundesministeriums für Verkehr, Innovation und Technologie (BMVIT) fördert daher seit 2002 im Rahmen kooperativer Forschung nach-drückliche Innovation und Technologieentwicklung. Voraussetzung für die Förderung istdie Zusammenarbeit von Unternehmen mit Forschungseinrichtungen, um durch Ver-netzung kritische Massen auf internationalem Spitzenniveau zu schaffen. BesondereBedeutung kommt dabei auch der Etablierung neuer Kooperationen zwischen großen,international produzierenden Unternehmen und innovativen KMU zu.

Die Förderung durch FIT-IT erfolgt in derzeit fünf sorgfältig ausgewählten thematischenSchwerpunktfeldern, in denen sowohl österreichische Stärken als auch besonders guteZukunftsperspektiven bestehen.

Bündelung von F&E-Ressourcen und hohes technologisches Niveau sind so für diegeförderten Projekte kennzeichnend. Der vorliegende Folder präsentiert eine eindrucks-volle Zwischenbilanz nach fünf Jahren Fördertätigkeit im Umfang von 35 Millionen Euro.

Wien, im Mai 2007

Christa Kranzl

Staatssekretärin für Forschung/Innovation imBundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie

Inhalt

4 FIT-IT

VORWORT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3

FIT-IT: FÖRDERUNG IN FÜNF THEMATISCHEN

PROGRAMMLINIEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7

FIT-IT FÖRDERSTATISTIK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8

FIT-IT EMBEDDED SYSTEMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11

NETZWERKTECHNIK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12

TT-SOC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12

DARTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13

TT ETHERNET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14

SANDY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15

PRODEQUAC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16

SYNUTC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17

DRAHTLOSE KOMMUNIKATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18

PURENFC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18

WCMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19

ε−WIFI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20

READRF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21

GALILEO CLIENT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22

SWITCHED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23

SNAP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24

CTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25

MMADC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26

MULTIACCESS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27

ART . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28

HOMEUWB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29

FAHRZEUGINDUSTRIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30

SER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30

VIBE-LESS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31

COMPASS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32

TE-DES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33

MODECS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34

STEACS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35

RAPID PROTOTYPING KIT (TTA-KIT) . . . . . . . . . . . . . . . . . .36

PRODUKTION UND FERTIGUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37

DEOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37

εCEDAC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38

µCRONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39

MESACTIF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40

SMART CARDS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41

PHOTONIC I/O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41

POWERCARD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42

AMBIENT INTELLIGENCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43

SENAV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43

ASKI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44

SPECTACLES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45

FIT-IT SEMANTIC SYSTEMS AND SERVICES . . . . . . . . .47

ORGANISATION UND ERSCHLIEßUNG

UNSTRUKTURIERTER DATEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48

ALLRIGHT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48

DYNAMONT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49

GRISINO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .50

MYONTOLOGY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .51

NEXTWRAP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52

SEMCRYPT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53

SEMDAV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54

INTEGRATION VERTEILTER INFORMATIONSBESTÄNDE 55

IDIOM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55

MODELCVS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .56

TSC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57

MENSCH-MASCHINE-INTERAKTION . . . . . . . . . . . . . . . .58

MISTRAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .58

ONTOUCP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .59

FIT-IT 5

SEMPRE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .60

SEMWAY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .61

SENSE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .62

SPARC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .63

AUTOMATISIERUNG VON

INFORMATIONSPROZESSEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64

AVALON . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64

DYONIPOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .65

RW2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .66

SCG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .67

SEMBIZ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .68

SEPIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .69

UAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .70

FIT-IT SYSTEMS ON CHIP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .71

LAUFENDE PROJEKTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .72

COFCOM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .72

PAWIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .73

QCC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .74

SAMBA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .75

SOFTROC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .76

NEU GESTARTETE PROJEKTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .77

BEYOND . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .77

CIFT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .78

SIMBA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .79

SOCPOD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .80

VENDOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .81

FIT-IT TRUST IN IT SYSTEMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .83

PROJEKTE DER ERSTEN AUSSCHREIBUNG . . . . . . . . . .84

GRANDESCA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .84

TOPAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .85

PATHFINDER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .86

FIT-IT VISUAL COMPUTING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .87

MODELLIERUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .88

GAMEWORLD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .88

MLFS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .89

APAFA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .90

3D-INSIDE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .91

VISUALISIERUNG / INTERAKTIVE VISUELLE ANALYSE 92

DISCO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .92

GENOPTIKUM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .93

MASCHINELLES SEHEN / COMPUTERVISION . . . . . . . .94

AUTOVISTA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .94

VM-GPU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .95

EVIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .96

RENDERING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .97

VIRTEX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .97

FIT-IT KONTAKTINFORMATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .99

IMPRESSUM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .99

6 FIT-IT

Das Impulsprogramm FIT-IT – Forschung, Innovation und Technologie für Informationstechnologien– des BMVIT fördert exzellente kooperative Forschungsprojekte zwischen IKT-Unternehmen undForschungseinrichtungen in derzeit fünf thematischen Programmlinien:

Embedded Systems (bisher 6 Ausschreibungen)

Semantic Systems and Services (3 Ausschreibungen)

Systems on Chip (2 Ausschreibungen)

Trust in IT Systems (erste Ausschreibung im Jahr 2006)

Visual Computing (erste Ausschreibung im Jahr 2006)

FIT-IT sucht jene Innovationen, die in einem längeren Zeithorizont (3-8 Jahre) grundlegende technologische Durchbrüche ermöglichen und so in Österreich substanzielle wirtschaftliche Poten-ziale erschließen können. Daher bekennt sich FIT-IT zu einem hohen Qualitätsanspruch an die ein-gereichten Projekte, die sich der Evaluierung durch eine internationale Expertenjury stellen müssen. Dies beinhaltet auch das Bekenntnis zu einem hohen Forschungsrisiko.

Zielgruppen des Programms sind einerseits Unternehmen, insbesondere auch KMU und neugegründete Unternehmen, andererseits Forschungseinrichtungen aus dem universitären undaußeruniversitären Bereich, EinzelforscherInnen und Arbeitsgruppen.

FIT-IT fördert ausschließlich kooperative Projekte von mindestens zwei Partnern. Mindestens einKonsortialpartner muss ein Unternehmen sein, um die Berücksichtigung des Anwendungskontextsschon in einem möglichst frühen Stadium sicherzustellen.

Die Darstellung der Projekte in diesem Folder folgt innerhalb der fünf Programmlinien einer groben thematischen Untergliederung, wobei in den Untergruppen jeweils die „jüngsten“ unddamit aktuellsten Projekte zuerst dargestellt werden.

FIT-IT

Förderung in fünf thematischen

Programmlinien

FIT-IT 7

8 FIT-IT

FIT-IT Förderstatistik

Seit 2002 konnten aus FIT-IT von Jahr zu Jahr kontinuierlichsteigende Fördermittel bereitgestellt werden – mit Ende derAusschreibungen des Jahres 2006 insgesamt über 35 Millio-nen Euro an nichtrückzahlbaren Zuschüssen, die in For-schungsprojekten mit einem Gesamtvolumen von über 52 Mil-lionen Euro eingesetzt wurden und werden. Ausgehend vonder ersten Programmlinie Embedded System, die auch aufeuropäischer Ebene bereits viel Beachtung gefunden hat undzu großen Erfolgen österreichischer Einreicher im 6. Rahmen-programm beitrug, konnten so im Lauf der Jahre vier weitereProgrammlinien erfolgreich etabliert werden, zuletzt die Pro-grammlinien Trust in IT Systems und Visual Computing im Jahr2006.

Typischerweise führt FIT-IT in den aktiven Programmlinien eineAusschreibung pro Jahr durch, wobei bisher meistens ca. 3Millionen Euro pro Ausschreibung zur Verfügung gestellt wur-den. In Abhängigkeit von der Anzahl hochqualitativer Anträgekann die internationale Fachjury in ihren Förderempfehlungenvon der Ausschreibungssumme abweichen – im Vordergrundsteht also die Projektqualität, an die bewusst hohe Ansprüchegestellt werden.

Entsprechend den Programmzielen nahmen bisher etwa gleichviele unterschiedliche Forschungseinrichtungen und Unterneh-men an geförderten FIT-IT-Projekten teil, wobei 30% aller geför-derten Partner – bzw. knapp zwei Drittel unter den gefördertenUnternehmen – kleine und mittelständische Unternehmen(KMU) sind. Die gezielte Förderung des Zugangs von KMU zuSpitzenforschung wird auch in Zukunft ein Hauptanliegen des

Programms sein, wobei nicht zuletzt in der Zusammenarbeitvon in Österreich etablierten Kompetenzzentren internationalerGroßunternehmen mit spezialisierten österreichischen KMUund Forschungseinrichtungen große Chancen bestehen.

Organisationen aus allen neun Bundesländern haben bereits anFIT-IT-Projekten mitgewirkt. Die meisten Projektteilnahmenerfolgten durch Organisationen mit Standort Wien, gefolgt vonder Steiermark, Oberösterreich, Kärnten, Salzburg, Nieder-österreich und Tirol. Eine große Anzahl von Projekten wird inKooperation von Partnern aus verschiedenen Bundesländerndurchgeführt.

0 €

2.000.000 €

4.000.000 €

6.000.000 €

8.000.000 €

10.000.000 €

12.000.000 €

14.000.000 €

16.000.000 €

2002 2003 2004 2005 2006

Zugeteilte Fördermittel aus FIT-IT

Visual

Trust

SoC

SemSys

ES

Verschiedene Projektpartner in FIT-IT nach

Organisationstyp 2002 – 2006

Hochschulen

36%

außeruniversitäre

Forschungseinrichtungen

16%

Großunternehmen

18%

KMU

30%

0

20

40

60

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100

120

140

Bur

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Aus

land

Erfolgreiche FIT-IT Projektteilnahmen2002 – 2006

Visual

Trust

SoC

SemS

ES

FIT-IT 9

FIT-IT macht keine starren Vorgaben zur Größe der Projekt-konsortien, als entscheidend wird vielmehr die Qualität undauch die Neuheit der Kooperation im Projekt angesehen. Dem-entsprechend wird die Mehrzahl der Projekte von Konsortienaus zwei oder drei Partnern durchgeführt, zwei Projekte wur-den aber auch schon von sieben Organisationen gemeinsamabgewickelt.

0

5

10

15

20

25

30

2 3 4 5 6 7

Anzahl Partner im Konsortium

Partneranzahl in geförderten FIT-IT Projekten2002 – 2006

Etwa zwei Drittel der eingesetzten Fördermittel wurden bisherfür kooperative Forschungsprojekte mit 75 Prozent Förderungvergeben. In diesem Projekttyp wird ein Anteil von 80 Prozentdes Projektbudgets von den beteiligten Forschungseinrichtun-gen eingesetzt.

Ein Viertel der Fördersumme wurde für kooperative For-schungsprojekte mit 50 Prozent bzw. 65 Prozent Förderungvergeben, in denen es die beteiligten Unternehmen sind, dieeinen Großteil der Forschungsarbeit durchführen und dafürauch direkte finanzielle Förderung erhalten.

Neun Prozent der Fördersumme wurde für programmbeglei-tende Maßnahmen aufgewendet, vor allem im Aus- und Weiterbildungsbereich für Dissertationsstipendien, damit inden Forschungsfeldern der FIT-IT Programmlinien in Öster-reich ausreichend NachswuchsforscherInnen auf Spitzen-niveau zur Verfügung stehen.

FIT-IT Fördermodelle nach Fördersumme2002 – 2006

Kooperative Forschungsprojekte[50%/65%-Typ]25%

Kooperative Forschungsprojekte[75%-Typ]66%

Begleitmaßnahmen9%

10 FIT-IT

„Embedded Systems“ sind – im Vergleich zu herkömmlichen Computersystemen – einfacheRechner mit bestimmter Funktionalität, die im zu steuernden oder zu überwachenden Systemintegriert (eingebettet) sind. Sie bestehen aus einer Kombination von Hardware und Software(Mikrocontroller, Mikroprozessor, Bussystem, etc.) und enthalten häufig Einheiten, die Aufgabender Sensorik und Aktuatorik erfüllen, sowie Kommunikationsschnittstellen. Darunter sind nichtnur Mensch-Maschine-Schnittstellen zu verstehen, sondern vor allem auch Vernetzungsmög-lichkeiten mit Maschinen. Embedded Systems sind Bestandteil von Kommunikationsgeräten,Autos und medizinischer Technik genauso wie von Maschinen, Industrieanlagen und anderen„intelligenten Objekten“. Die Grenzen von eingebetteten Systemen zu traditionellen Computernsind fließend, da ganze PCs heute bereits vollständig in andere Systeme eingebaut werden kön-nen. Ein wesentliches Merkmal für eingebettete Systeme ist häufig, dass sie Steuerungsaufga-ben anderer Geräte und Kommunikationsfunktionen wahrnehmen.

Die Programmlinie FIT-IT Embedded Systems besteht seit 2002. Das Programm setzt damiteinen Schwerpunkt in einem Bereich, der zu den am stärksten wachsenden in der Informati-onstechnologie gehört. Weit über 90% aller Prozessoren sind heute nicht in Computern, son-dern in anderen technischen Geräten eingebaut. Eingebettete Systeme finden sich nicht nur inelektrischen Haushaltsgeräten, Autos oder Kommunikations-Werkzeugen, sondern in beinaheallen technischen Produkten verschiedenster Lebensbereiche. Aufgrund ihrer Vernetzung mitanderen Geräten, sowie aufgrund von Komplexitäts- und Sicherheitsfragen sind sie heute einzentraler Gegenstand aktueller IT-Forschung.

Die großen Erfolge österreichischer Organisationen in den aktuellen Rahmenprogrammen derEU, zum Beispiel die maßgebliche Rolle österreichischer Akteure in der Europäischen Technolo-gieplattform (ETP) ARTEMIS, belegen die mittlerweile ausgezeichnete österreichische Positionin diesem Themenfeld.

Die bisher geförderten Projekte lassen sich in folgende sechs Themengruppen einordnen:

> Netzwerktechnik

> Drahtlose Kommunikation

> Fahrzeugindustrie

> Produktion und Fertigung

> Smart Cards

> Ambient Intelligence

FIT-IT

Embedded Systems

FIT-IT 11

12 FIT-IT

Infobox01.03.2007 – 31.08.2008ti.tuwien.ac.at/rts/research/projects/ttsoc

Koordinator:

Technische Universität Wienwww.tuwien.ac.atHermann KopetzTreitlstr. 31040 WienT: +43 (0) 1 58801 - 18216M: hk@vmars.tuwien.ac.at

Partner:

TTTech Computertechnik AGwww.tttech.com Stefan Polenda

Time-Triggered System-on-a-Chip Architecture

Das Ziel des TT-SoC-Forschungsprojekts ist es, die Grundlagen für eine neue Genera-tion von Systemarchitekturen für eingebettete Systeme zu schaffen. Die Architekturwird eine vorhersagbare integrierte Laufzeitumgebung für das komponenten-basierteDesign einer Vielzahl von verschiedenen Arten von eingebetteten Applikationen bie-ten (z.B. Unterhaltungselektronik, Flugzeugindustrie, Automobil-industrie). Die Erstel-lung dieser generischen, domänen-übergreifenden Architektur ist von großer ökono-mischer Bedeutung. Die Wiederverwendung von Komponten über Domänen hinwegbürgt für höhere Designproduktivität, verbesserte Zuverlässigkeit und kürzere Time-to-Market.Das Projekt ist durch jene Forschungsprioritäten inspiriert, welche im Rahmen derARTEMIS Strategic Research Agenda identifiziert wurden, z.B. Composability, Ver-netzung und Sicherheit, Robustheit, und dynamische Verwaltung von Ressourcen.Das Projekt basiert auf der langjährigen Erfahrung der Technischen Universität Wienund der Firma TTTech im Bereich zeitgesteuerter Technologien, sowie den Erfahrun-gen aus dem integrierten EU/FP6-Projekt DECOS.Der Kern des Projekts ist die Entwicklung eines Forschungsprototypen für ein zeitge-steuertes Network-on-a-chip (NoC). Dieser Prototyp wird in einem FPGA implemen-tiert und dient zur vorhersagbaren Verbindung von heterogenen Komponenten. Durchdie Bereitstellug einer einzigen standardisierten, applikationsübergreifenden Schnitt-stelle zum Austausch von Nachrichten für alle Arten von Komponenten unterstützt dieArchitektur die komponenten-basierte Entwicklung von komplexen Applikationen,massive Wiederverwendung von Komponenten und bietet einen Rahmen zur Imple-mentierung von Fehlertoleranz durch Rekonfiguration und aktive Redundanz. Das zeitgesteuerte NoC wird inhärente Fehlerisolation besitzen, um die reibungslose Integration von unabhängig entwickelten Komponenten mit unterschiedlichen Kritika-litätsgraden zu unterstützen. Durch die Untergliederung des SoCs in physikalischgetrennte Komponenten, welche ausschließlich durch den Austausch von Nachrich-ten mittels des zeitgesteuerten NoCs interagieren, erreichen wir Fehlerisolationsowohl für Kommunikationsressourcen als auch für Rechenressourcen. Die System-architektur bietet auch integrierte Mechanismen für Diagnose und Security. Zudemwerden Mechanismen für integrierte Ressourcenverwaltung das Handhaben vonSituationen gestatten, in denen dynamisch wechselnde Anforderungen vorliegenoder Fehlertoleranz durch Rekonfiguration.

TT-SoC

FIT-IT EMBEDDED SYSTEMS

Netzwerktechnik

Infobox01.10.2005 – 30.09.2008ti.tuwien.ac.at/darts

Koordinator:

Technische Universität Wien Institut für Technische Informatikti.tuwien.ac.at/ecsAndreas SteiningerTreitlstrasse 1-31040 WienT: +43 (0) 1 58801 - 18251M: steininger@ecs.tuwien.ac.at

Partner:

Austrian Aerospacewww.space.atFranz Zangerl

Distributed Algorithms for Robust Tick Synchronization

Für zukünftige Chip-Technologien wird eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber ioni-sierender Strahlung prognostiziert, was vermehrt zu transienten Fehlern führen wird.Diese Problematik betrifft auch das Taktsignal, dessen Design aufgrund der hohenTaktraten ohnedies bereits problematisch geworden ist. Es wird daher nach Lösungengesucht, um derartige Störeinflüsse zu tolerieren.Das Projekt DARTS ist der Entwicklung einer fehlertoleranten Alternative zur konven-tionellen Taktversorgung in VLSI-Chips, Systems-on-Chip und anderen Hardware-Systemen gewidmet. In herkömmlichen Systemen wird das Taktsignal eines einzel-nen Oszillators mit Hilfe eines aufwändig balancierten Taktnetzwerks systemweit ver-teilt. Eine Störung dieses zentralen Oszillators (oder des Taktnetzwerks) zieht zwangs-läufig das gesamte System in Mitleidenschaft. Im Gegensatz dazu werden in DARTSdie Takte einzelner Funktionseinheiten mittels lokaler Taktgeneratoren erzeugt – dieWirkung einer Störung bleibt folglich lokal beschränkt. Anders als beim klassischen„Globally-Asynchronous Locally-Synchronous“ (GALS)-Ansatz sind die lokalen Taktge-neratoren bei DARTS jedoch keine unkorrelierten Oszillatoren, sondern Instanzeneines verteilten Algorithmus zur fehlertoleranten Generierung synchronisierter lokalerTaktsignale. Derartige Lösungen haben sich in verteilten Systemen seit Jahrzehntenbewährt - allerdings für Zeitbasen mit relativ grober Zeitauflösung.Die Innovation von DARTS besteht nun darin, derartige Algorithmen für die Taktungeines Chips zu adaptieren. Dazu müssen die ursprünglich softwarebasierten Algorith-men auf Hardware abgebildet werden. Dies in einer effizienten Weise zu bewerkstel-ligen, ohne dabei die Voraussetzungen für die zugrunde liegenden formalen Beweisezu verletzen, ist eine äußerst schwierige Aufgabe. Die Forscher der Technischen Uni-versität Wien liefern hierfür das benötigte Wissen über verteilte Algorithmen sowieüber das Design selbsttaktender Schaltungen, während Austrian Aerospace seineErfahrungen im Entwurf von Weltraum-tauglicher Elektronik einbringt.Wesentliches Projektziel ist der Entwurf eines VLSI-Chips der den DARTS-Algorith-mus implementiert. An diesem Chip sollen Messungen durchgeführt werden, die alsAusgangspunkt für weitere Optimierungen dienen. Austrian Aerospace erhofft sichmittelfristig von diesem Ansatz eine verbesserte Störfestigkeit des Taktnetzwerks inWeltraum-Anwendungen, wo die Intensität ionisierender Strahlung weit höher ist unddaher bereits jetzt ein Problem darstellt.

DARTS

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Netzwerktechnik

FIT-IT 13

14 FIT-IT

Time-Triggered Ethernet

TT-Ethernet ist ein Gemeinschaftsprojekt der TTTech Compu-tertechnik AG und dem Institut für Technische Informatik derTechnischen Universität Wien. Das Ziel des TT-Ethernet-Projek-tes ist die Entwicklung eines zeitgesteuerten, auf Ethernetbasierenden, Netzwerkes mit vorhersagbaren zeitlichen Verhal-ten und strikter Fehlerisolation. Die Anwendungen finden sichin sicherheitskritischen Kontrollsystemen im Auto- Flug- undBahnbereich und im Bereich von Multimedia-Applikationen. TT-Ethernet ist voll kompatibel zum aktuellen IEEE-802.3 EthernetStandard und unterstützt den gleichzeitigen Betrieb von klassi-schen Ethernet und TT-Ethernet Geräten im selben Netzwerk.

Die Nachrichten werden dabei in zwei Klassen eingeteilt, dieklassischen ereignisgesteuerten (event-triggered – ET) Nach-richten und die hochprioritären zeitgesteuerten (time-triggered– TT) Nachrichten. TT-Nachrichten werden vom eigens ent-wickelten Ethernet-Switch vorrangig behandelt, und mit einer,zum Entwicklungszeitpunkt bekannten, konstanten Verzöge-rung mit minimaler Abweichung weitergeleitet. Wird zum sel-ben Zeitpunkt eine ET-Nachricht übertragen, so wird dieseabgebrochen. TT-Nachrichten können dann zur Synchronisationder lokalen Zeitbasen dienen, wobei so eine hohe Qualität

erreicht wird, was wiederum den Aufbau einer globalen Zeit-basis ermöglicht. Basierend auf dieser globalen Zeit ist es mög-lich, einen Plan für die Übertragung der TT-Nachrichten aufzu-stellen. Dies kann statisch zum Entwicklungszeitpunkt, oderdynamisch während der Laufzeit geschehen.

Im Verlauf des TT-Ethernet Projektes wurden prototypischeImplementierungen eines TT-Ethernet Switches und eines TT-Ethernet Kommunikationskontrollers erstellt. Mit einemSystem gebaut aus den entwickelten Geräten wurden Experi-mente durchgeführt. Dabei wurde eine Nachrichtenlatenz von4,32 µs mit einem Jitter von 80 ns gemessen, und eine Präzi-sion der Uhren von 350 ns erreicht.

Wenn die zeitgesteuerte Technologie in den Bereich der aufEthernet basierenden Hochgeschwindigkeitsnetzwerke Einzughält, ist eine bedeutende Erweiterung des Marktes für zeitge-steuerte Systeme im Bereich der Kontrollsysteme zu erwarten,ebenso wie ein weiteres Eindringen in den Markt für Multime-dia-Applikationen. Die Erkenntnisse dieses Forschungsprojektssind die technologische Plattform für die nächste Generationvon zeitgesteuerten Systemen.

TT Ethernet

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Netzwerktechnik

Infobox01.03.2004 – 31.12.2006

Koordinator:

Technische Universität WienInstitut für Technische Informatik www.vmars.tuwien.ac.atHermann KopetzTreitlstrasse 3 / 3. Stock1040 WienT: +43 (0)1 58801 - 18210M: hk@vmars.tuwien.ac.at

Partner:

TTTech Computertechnik AGwww.tttech.comStefan Poledna

Infobox01.07.2003 – 31.12.2005

Koordinator:

Siemens AG Österreichwww.siemens.atWolfgang KlampfererSiemensstr. 921210 WienT: +43 (0) 5 1707 42 810M: wolfgang.klampferer@siemens.com

Partner:

Salzburg Research Forschungsgesell-schaft m.b.H.www.salzburgresearch.atUlrich Hofmann

Synchronized Access Networks for Distributed real-time sYstems

Die Grundidee des SANDY-Projekts ist es, lokale Echtzeitnetzeunter Aufrechterhaltung von deterministischen Echtzeit-garantien über das Internet Protocol (IP) zu verbinden. DieUmsetzung soll über synchronisierte Zeitpläne zur Übertragungder IP-Pakete erfolgen. Mit der neu geschaffenen Dienstklassekönnen eingebettete Systeme, die unter Echtzeitbedingungenarbeiten, über ein IP-Backbone mit deterministischen Verzöge-rungen vernetzt werden.

Im Fokus des SANDY-Ansatzes standen Algorithmen für dieRessourcenverwaltung in den Zugangsnetzen. Ein zentralerAspekt ist dabei die erzielbare Effizienz, da diese in zeitgetak-teten Übertragungssystemen mit Ressourcen-reservierungenvon kritischer Bedeutung ist.

Mittels analytischer sowie simulativer Methoden wurde model-liert, mit welcher Wahrscheinlichkeit eine neue Verbindung ineinem laufenden System untergebracht werden kann. DasModell zeigte, dass mit einem Standardalgorithmus durschnitt-lich nur eine schlechte Effizienz erzielt werden kann. In weite-

rer Folge wurden fortgeschrittene Zuteilungsalgorithmen ent-worfen und untersucht. Es wurde nachgewiesen, dass dieseAlgorithmen zu einer signifikant höheren Effizienz führen.

Im Projekt wurde ein funktionsnachweisender Prototyp erstelltund evaluiert. Der Prototyp ist ein Labor-Testbed, das allewesentlichen Komponenten der SANDY-Architektur implemen-tiert. Die primäre Demoapplikation ist eine tele-haptischeAnwendung, da eine solche Applikation extrem zeitkritisch ist.

Es wird ein haptisches Gerät verwendet, bei dem der Greiferim 3-dimensionalen Raum bewegt werden kann. Das Gerätwird an einem Rechner betrieben, auf dem die haptischeAnwendung läuft. Diese liest periodisch die Positionsdaten desGreifers aus und verschickt sie via SANDY-Dienstklasse durchdas Netzwerk an eine haptische Steuerungsanwendung. Dortwerden die Kräfte, die am haptischen Gerät gesetzt werdenmüssen, berechnet und umgehend zurückgesendet. Nach Ein-treffen werden sie von der haptischen Applikation auf dasGerät angewendet.

Die Person bewegt den Greifer des haptischen Geräts, um damit einentferntes Gerät (im Bild nicht sichtbar) zu steuern. Am Bildschirm imHintergrund werden in Echtzeit die Verzögerungen der Netzwerkpake-te dargestellt.

FIT-IT 15

SANDY

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Netzwerktechnik

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Prototype Development for Quantum Cryptography

Der sichere Datenaustausch zwischen Unternehmensstandor-ten erfolgt meist über so genannte VPN-Tunnel (VPN steht für„virtual private network“). Dabei handelt es sich um verschlüs-selte Verbindungen zwischen privaten und firmeninternenNetzwerken über das öffentliche Internet. Für Hacker und Wirt-schaftsspione ist diese Verbindung eine potentielle und oftgenützte Angriffsfläche.Der im Rahmen des Projekts PRODEQUAC entwickelte Proto-typ bietet gegen Spione die entscheidende Hilfe: Sowohl durchseine Sicherheitsarchitektur als auch durch die neuartige Inte-gration von Quantenkryptographie können jegliche Arten vonsensiblen Daten bis hin zu IP-Telefongesprächen oder Video-konferenzen zwischen Unternehmensstandorten mit höchsterSicherheit ausgetauscht werden.Durch die Arbeit im Projekt PRODEQUAC und im Folgeprojekt„QCC: Quantum Cryptography on the Chip“ wird es möglich,die Technologie der Quantenkryptographie, mit der zufälligeBitfolgen zur Verschlüsselung von Nachrichten mittels quan-tenphysikalischer Prozesse erzeugt und verteilt werden, inbestehende IT-Infrastrukturen von Unternehmen zu integrieren.Der PRODEQUAC-Prototyp wurde als so genannte Hardware-Firewall realisiert und besteht aus zwei voneinander getrenn-ten Einschubkarten mit jeweils eigenem Betriebssystem.Dadurch ist die Trennung des internen Firmennetzes vomexternen Internet auch physisch gewährleistet. Das Konzeptverwirklicht die Kombination von neuen Sicherheitstechnologi-en und bekannten Strukturen in einem eigenen Gerät underlaubt durch einfache Bedienung eine schnelle Integration inbestehende Systeme.

Die ARC übernahm das Hardware- und Softwaredesign, dieImplementierung und Entwicklung der Protokolle zur Erzeu-gung der Schlüssel, das Design der Sicherheitsarchitektursowie die Projektleitung.Die Gruppe um Prof. Anton Zeilinger (Institut für Experimental-physik der Universität Wien) hat ihr herausragendes Know Howim Bereich der experimentellen Quantenphysik in die Entwick-lung des Geräts eingebracht.Die Programm- und Systementwicklung PSE der Siemens AGÖsterreich zeichnet verantwortlich für das Design der Schnitt-stellen zwischen dem prototypischen Gerät und der bestehen-den IT-Infrastruktur sowie für die Administration und das Mana-gement der Schlüssel, des VPN-Tunnels und des Interfaces.

PRODEQUAC

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Netzwerktechnik

Infobox01.09.2002 – 31.12.2004www.quantenkryptographie.at/prodequac_window.html

Koordinator:

Austrian Research Centers GmbH – ARCwww.arcs.ac.atChristian MonykTech Gate ViennaDonau-City Str. 1 / 5.OG1220 WienT: +43 (0) 664 815 78 37M: christian.monyk@arcs.ac.at

Partner:

Institut für Experimentalphysik der Universität Wienwww.quantum.atAndreas Poppe

Programm- und SystementwicklungPSE, SIEMENS AG Österreichwww.siemens.comIlse Wimberger

Infobox01.09.2002 – 31.03.2004

Koordinator:

Technische Universität Wien Institut für Computertechnikwww.ict.tuwien.ac.atNikolaus KeröGusshausstraße 27-291040 WienT: +43 (0) 676 84 31 04 300M: keroe@tuwien.ac.at

Partner:

Oregano Systems Design und Consulting GmbHwww.oregano.at Gerhard Cadek

Synchronized Universal Time Coordinated Ultra High Precision Time

Synchronisation Technology for Ethernet-Networks

Verteilte intelligente Systeme, deren Knoten über Standard-Ethernet miteinander verbunden sind, gewinnen in der indu-striellen Steuer-, Regelungs- und Messtechnik zunehmend anBedeutung. Zwingende Voraussetzung besonders für zeitkriti-sche Applikationen ist eine hochgenaue und meist auch fehler-tolerante Synchronisation aller Knoten, wobei zwar jeder Teil-nehmer über spezielle Hardwareerweiterungen verfügen kann,jedoch für die Übertragung der Zeitinformation aus Kosten- undVerfügbarkeitsgründen die vorhandene Netzwerkinfrastrukturgenutzt werden muss. Mit SynUTC wurde die dafür erforderliche Basistechnologieentwickelt und mit Hilfe von FIT-IT in Form eines seriennahenEvaluationssystems umgesetzt, mit dem Synchronisationsge-nauigkeiten im Bereich einiger Nanosekunden unabhängig vonder Netzwerklast erzielt werden können. Jeder Knoten wurdedazu mit einer eigenen Netzwerkkarte (auf Basis PC-104+) aus-gestattet, die alle Erweiterungen für die hochgenaueUhrensynchronisation enthält. Es sind dies eine hochauflösen-de Uhr (96 bit) die mit 200 MHz getaktet wird, samt einemModul, das beim Senden bzw. Empfangen bestimmter PaketeZeitstempel generiert und diese direkt in das jeweilige Paketeinträgt.

Der 100Mb/s Ethernet-Standard definiert eine sternförmigeVerbindungsstruktur, bei der die Knoten über ein oder mehrereNetzwerkkomponenten miteinander verbunden sind. Diesewiederum limitieren die erreichbare Synchronisationsgenauig-keit entscheidend, weil die Zeit für die Weiterleitung einesPaketes abhängig von der Netzwerklast stark schwankt. ImRahmen des FIT-IT-Projekts wurde eine Erweiterung (Switch-Add-On) entwickelt, die für jedes Paket die Empfangszeit amSwitch sowie den Weitersendezeitpunkt ermittelt und die Dif-ferenz in das Paket einträgt.Zeitgleich wurde mit der Verabschiedung des 1588-Standardsdurch die IEEE ein Protokoll (PTP – Precision Time Protocol) zurhochgenauen Verteilung von Zeitinformation in einem Netz-werk definiert. SynUTC wurde folgerichtig auf vollständigeKompatibilität zum Standard adaptiert, bietet aber wesentlichezusätzliche Funktionen wie extrem hohe Genauigkeit oder Feh-lertoleranz und ist als Markenzeichen SYN1588® etabliert. Die-se Erweiterungen wurden in die Version 2.0 des IEEE-Standard1588 zu einem wesentlichen Teil übernommen.

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SynUTC

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Netzwerktechnik

18 FIT-IT

Performant Usable Reliable and Embedded NFC Systems

Nahfeld Kommunikation (Near Field Communication, NFC) ermöglicht esAnwendern, verschiedenste Informationen sicher auszutauschen, indemein Gerät einfach in die Nähe eines anderen gebracht wird. Die Palette derAnwendungen reicht vom Austausch digitaler Visitenkarten über elektroni-sche Bezahlung bis hin zur drahtlosen Konfiguration von Multimedia Elek-tronik. Die dazu notwendigen Sicherheitsfunktionen sind in die Hardwareintegriert.Die Berechtigung, einen Raum betreten zu dürfen, das Ticket für ein öffent-liches Verkehrsmittel, oder die Eintrittskarte für ein Konzert können damitin Zukunft auf einem Mobiltelefon hinterlegt und über NFC ausgelesen undüberprüft werden. Die drahtlose Verbindung von Geräten der Unterhal-tungselektronik, wie z. B. Digitalkameras, PDAs, Set-Top-Boxen, Computerund Mobiltelefonen ist durch NFC rasch und unkompliziert möglich.Ziel des Projekts pureNFC ist es, die Energieaufnahme von NFC-Geräten zuminimieren und die sichere, rasche und intuitive gegenseitige Erkennungvon NFC-Geräten zu realisieren. Die FH OÖ/Hagenberg deckt die Bereicheder physikalischen Schnittstelle (RF-Feld) bis zur hardwarenahen Softwareab. Die Technische Universität Wien betreut den Bereich hardwarenaherSoftware bis hin zu intuitiven Anwendungen. NXP Semiconductors unter-stützt das Projekt im Chipdesign. Omnikey/Assa Abloy ist im Projekt für diestandardkonforme Einbindung in PC-Systeme verantwortlich. MobilkomAustria testet und evaluiert die Anwendungen.

NFC ist eine Technologie, die international von Firmen wie Microsoft, NXP,Nokia, Panasonic, Mastercard oder Vodafone standardisiert wird. In dennächsten Jahren werden die ersten NFC Lösung am Markt platziert wer-den. Interoperabilität, Energieeffizienz sowie rasche und sichere Erken-nung von NFC Geräten werden die wichtigsten Entscheidungskriterien fürFirmen sein, die NFC Lösungen anbieten. Durch dieses Forschungsprojektwerden die beteiligten Firmen einen entscheidenden Vorsprung bei derVermarktung ihrer Produkte erreichen.

pureNFC

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Drahtlose Kommunikation

Infobox01.06.2007 – 31.05.2009www.nfc-research.at

Koordinator:

FH OÖ / Campus Hagenbergwww.fh-ooe.atJosef LangerSoftwarepark 114232 HagenbergT: +43 (0) 7236 3888 2422M: Josef.Langer@fh-hagenberg.at

Partner:

Technische Universität Wienwww.tuwien.ac.at/inso Thomas Grechenig

NXP Semiconductors Austria GmbHwww.nxp.com Andreas Mühlberger

Omnikey GmbHwww.omnikey.com Kurt Schmid

Mobilkom austriawww.mobilkom.at Christian Kantner

Infobox01.04.2007 – 31.03.2009www.ict.tuwien.ac.at/wcms

Koordinator:

Technische Universität WienInstitut für Computertechnikwww.ict.tuwien.ac.atStefan MahlknechtStefan KrywultGußhausstr. 27-29/3841040 WienT: +43 (0) 1 58801 - 38447M: mahlknecht@ict.tuwien.ac.at

Partner:

RailCargo Austria AGwww.railcargo.atDietmar Schratt

Bluetechnix Mechatronische Systeme GmbHwww.bluetechnix.atGregor Novak

Linz Center of Mechatronics GmbHwww.lcm.atGerald Schatz

Wireless Cargo Monitoring System

Die drahtlose Überwachung und Verfolgung von Containern ist eine großeHerausforderung, da die Arbeitsumgebung rau ist und keine elektrischeStromquelle zur Verfügung steht. Das Projekt WCMS schlägt als Lösungein drahtloses Sensornetzwerk (engl. Wireless Sensor Network, WSN) vor,das aus vielen kleinen und niedrigpreisigen Netzwerkelementen besteht.Deren Energieverbrauch soll durch Energie aus der Umgebung abgedecktwerden. Während WSNs lokal kommunizieren, um die verteilte Aufgabeder Sammlung von Umgebungsdaten auszuführen, sind andere drahloseTechnologien wie GSM- und auch GPS-Empfänger notwendig, um dieWSNs an das globale Internet anzubinden. Von dort werden Informationenüber die Position der Sensoren abgefragt und dorthin werden die detek-tierten Werte übertragen.

Die Tatsache, dass sogar die am weitesten entwickelten GSM- und GPS-Module einen beträchtlichen Energieverbrauch haben (im Schnitt immWatt- mit Spitzen bis im Watt-Bereich) und die Anforderung eines war-tungsfreien Betriebs, schließen die Verwendung von herkömmlichen Bat-terien aus. Um das Energieproblem zu lösen, werden energierückgewin-nende Techniken für alle eingebetteten drahtlosen Sensormodule im Con-tainer vorgeschlagen. Verschiedene Typen von Energienutzungssytemenkönnten für die verschiedenen Sensorknoten gebraucht werden und wer-den im Zuge des Projekt untersucht.Ein wichtiger Aspekt dieses Projekts ist während des Transports die konti-niuerliche Messung und Aufzeichnung von Beschleunigungsdaten in allendrei Dimensionen und weiterer Sensordaten, um die Qualität des Trans-ports zu gewährleisten.Um dieses Ziel zu erreichen, müssen herkömmliche Techniken deutlicherweitert werden, da der Entwurf einer solchen heterogenen, ener-gieautarken Sensor- und Verfolgungsanwendung neue Zugänge in allensystementwurfsrelevanten Aspekten erfordert: Von Kommunikationsproto-kollen bis zu „Aufwach“- (engl. Wake up) Strategien bis hin zur Sensor- undeingebetteten Hardware. Die Reduktion des Energieverbrauchs auf einsehr niedriges Niveau würde die Entwicklung von großen wartungsfreienNetzwerken ermöglichen. Das Ziel dieses Projekts ist es, einen Demon-strator zu entwickeln, der erfolgreich von RailCargo Austria in einem realenContainertransport quer durch das Land getestet werden kann.

FIT-IT 19

WCMS

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Drahtlose Kommunikation

20 FIT-IT

Infobox01.04.2007 – 31.03.2010

Koordinator:

Österreichische Akademie der WissenschaftenForschschungsstelle für Integrierte Sensorsystemewww.oeaw.ac.at/fissGeorg GadererViktor Kaplan Straße 22700 Wiener NeustadtT: +43 (0) 2622 23420 41M: georg.gaderer@oeaw.ac.at

Partner:

Oregano Systemswww.oregano.atNikolaus Kerö

FH Lippe und Hoexterwww.fh-luh.deJürgen Jasperneite

Embedded Position Determination and Security in Wireless Fidelity Networks

Das Ziel des Projekts ε-WiFi ist eine hochgenaue Positionsbestimmung von Knoten indrahtlosen Netzwerken, wie IEEE 802.3b. Dadurch kann sowohl die Security (Daten-sicherheit) als auch die Safety (funktionelle Sicherheit) erhöht werden. Ein typischerAnwendungsfall für solche Dienste sind positionsabhängige Zugriffsrechte für Büro-anwendungen oder drahtlose Industrieapplikationen. Bei letzteren besteht üblicher-weise die Forderung, dass Maschinen nur von einem örtlich begrenzten Bereich ausbedient werden können. (Beispielsweise darf ein Kran niemals bedient werden, wenndie Last außerhalb des Sichtbereiches des Bedieners liegt).Die Projektvision ist es eine genaue Postionsbestimmung für die Regelung vonZugriffsrechten sowie zur Sicherstellung von funktionaler Sicherheit in einem solchenNetzwerk zu schaffen. Die ε-WiFi-Sicherheitsarchitektur soll im Endausbau Dienstewie eingeschränkten bzw. vollen Netzwerkzugriff abhängig von der Position mit Hilfevon VLANs oder Internet-verbindgungsfreischaltung bieten.

Die angestrebte Lösung sieht Access-Points an vorher festgelegten und genaubestimmten Positionen vor. Damit kann diegenaue dreidimensionale Positionsbestim-mung durch eine Signalauswertung bei denAccess-Points durchgeführt werden. Fürdiesen Zweck wird eine hochgenaueUhrensynchronisation zur Delay-Messungder Signale benötigt, welche durch Hard-ware-Timestamping erreicht werden kann.Obwohl die prinzipielle Technologie auf denKonzepten der Uhrensynchronisation inEthernet-Netzwerken basiert, müssen fürdas Projekte signifikante Änderungen inden Algorithmen erforscht, neu entwickeltund ausgearbeitet werden. Ein Beispieldafür ist die im drahtlosen Netzwerk unum-gängliche Mehrwegeausbreitung, oder dasAuftreten von Echos, welche im drahtge-bunden Fall ja durch die Einführung vondefinierten Kommunikationskanälen leich-ter beherrschbar ist.

Weitere technische Herausforderungen sind die hochgenaue Uhrensynchronisation,die für die geforderte Auflösung der Position deutlich unter 50 ns liegen muss. Die indem Projekt ε-WiFi geschaffene Technologie wird nicht nur eine Plattform für hoch-genaue Uhrensynchronisation in drahtlosen Netzwerken bieten, es können vielmehrzusätzliche Services für solche Netzwerke integriert werden, die einen Mehrwert dar-stellen. Der besondere Vorteil liegt dabei bei vergleichsweise relativ geringem Auf-wand und relativ geringen Kosten.

ε-WiFi

FIT-IT EMBEDDED SYSTEMS

Drahtlose Kommunikation

Kontaktlose „Reader“-Technologie für hohe Datenraten in der Logistik und im

Datenmanagement

In den letzten Jahren fanden RFID-Technologien (Radio Fre-quency Identification) und -Produkte in vielen Anwendungsbe-reichen eine starke Verbreitung, z.B. in Zutritts- und Passkon-trollsystemen, in Bezahlsystemen für den öffentlichen Nahver-kehr und in der Objektidentifikation in Fertigungs- und Logi-stiksystemen. Weitere Anwendungen bestehen dort, wo einehohe Transaktionsgeschwindigkeit benötigt wird, etwa in Ori-ginalitätsnachweisen, der raschen Erkennung großer Güter-mengen oder im Multimedia-Datentransfer.

Heute wird in RFID-Systemen häufig eine Trägerfrequenz ineinem ISM-Band (Industrial, Scientific, and Medical)-Band fürdie Energie- und bidirektionale Datenübertragung eingesetzt. Inden meisten Ländern ist die Bandbreite von ISM Bändern sehrschmalbandig definiert bzw. sind Seitenbänder mit nur sehrniedrigem Pegel zulässig, was einer einfachen Erhöhung vonDaten- und Transaktionsraten entgegensteht. Daher werden in

ReadRF neue Modulations- und Codierungsverfahren ent-wickelt und evaluiert. Vielver-sprechende Lösungsansätze wer-den in Prototypensystemen realisiert und charakterisiert, undihre monolithische Integrierbarkeit – als wesentlicher Faktor füreine wirtschaftliche Produktion – wird durch Testchips nachge-wiesen.

An der TU Graz werden Grundlagen für höhere Transaktionra-ten analysiert, die Machbarkeit neuer Verfahren theoretischuntersucht und in praktischen Realisierungen in Form vongemischt integrierten und diskreten Schaltungen nachgewie-sen. Infineon ist verantwortlich für die Festlegung des Anfor-derungsprofils und für die Umsetzung der integrierten Schal-tungsteile in einer für die Aufgabenstellung optimal geeignetenHalbleitertechnologie, und schließlich für die Realisierung einerkompletten Übertragungsstrecke in Form eines Prototypensy-stems.

FIT-IT 21

ReadRF

FIT-IT EMBEDDED SYSTEMS

Drahtlose Kommunikation

Infobox01.03.2007 – 28.02.2009

Koordinator:

Infineon Technologies Austria AGwww.infineon.comGerald HolwegBabenbergerstraße 108020 GrazT: + 43 (0)5 1777 - 5300M: gerald.holweg@infineon.com

Partner:

Technische Universität GrazInstitut für Elektronikwww.ife.tugraz.atWolfgang Pribyl

22 FIT-IT

Paving the way for embedded Galileo based mobile solutions

Im Bereich positionsab-hängiger Dienste für diepersönliche Navigationwerden in Zukunft eineVielzahl von Anwendun-gen erwartet. Das Posi-tionierungssystem „Gali-leo“ ist ein neues Satelli-tennavigationssystem,das 2009 durch dieEuropäische Uniongestartet wird.

Das Ziel des Projekts „Galileo Client“ ist es, integrierte Empfängertechno-logien für GALILEO/GPS-unterstützte orstabhängige Dienste in integriertenmobilen Sysetmen zu entwickeln. Dabei bedeutet „Galileo/GPS-unter-stützt“, dass das Verhalten der drahtlosen GPS/Galileo-Empfänger durchbereitgestellte Navigationsdaten eines Service-Providers verbessert wird,z.B. über das Mobiltelefonsystem. Das Projekt stellt sich die Aufgabe, dieKombination und Koexistenz verschiedener Mobilkommunikationstechni-ken (GSM, UMTS, etc.) mit Galileo/GPS zu ermöglichen. Dies soll imHauptteil des Projekts durch die Entwicklung neuer sogenannter digitalerPLL(Phase Locked Loop)–Technologien erreicht werden. Infineon Villach istdas unternehmensweite Kompetenzzentrum auf dem Gebiet der digitalenPLL. Im Projekt werden gänzlich neuartige Lösungen für programmierbaredigitale PLL-Systeme benötigt, um die neuen Schlüsselmerkmale für dieneuen Galileo/GPS-unterstützten mobilen eingebetteten Systems zur Ver-fügung zu stellen. Die drei akademischen Partner werden Konzepte,Modelle und das Design für kritische Teile des Sender- und Empfänger-pfads zur Verfügung stellen.

Galileo bewegt sich in einem Markt voller Chancen. Der Markt für welt-weite Positionierungssysteme und ortsgebundene Dienste wächst rapide.Aktuellen Studien zufolge, werden Galileo/GPS-unterstützte Lösungen dieGPS-Geräte in den nächsten zehn Jahren überholen. Eine Vielzahl an Sek-toren wird von solchen Lösungen profitieren, etwa im Transport, in derSozialversorgung, in der Justiz, im Kundenservice, im Tiefbau, in Such- undSicherheitssystemen und in der Freizeitindustrie.

GALILEO Client

FIT-IT EMBEDDED SYSTEMS

Drahtlose Kommunikation

Infobox01.01.2007 – 31.12.2008

Koordinator:

Infineon Technologies Austria AGwww.infineon.comAndreas BertlSiemensstrasse 29500 VillachT: +43 (0) 5 1777 - 6754M: Andreas.Bertl@infineon.com

Partner:

Technische Universität GrazInstitut für Elektronik (IFE)www.ife.tugraz.atWolfgang Pribyl

Technische Universität WienInstitut für Elektrische Mess- und Schaltungstechnikwww.emst.tuwien.ac.atHorst Zimmermann

Technische Universität GrazInstitut für Signalverarbeitung undSprachkommunikationwww.tugraz.atGernot Kubin

Switched power amplifiers for energy efficient wireless base stations

Leistungsverstärker (engl. Power Amplifier, PA) repräsentiereneine der teuersten und „leistungshungrigsten“ Komponentenin Basisstationen für Mobiltelefonnetze. Bei einem typischenWirkungsgrad von 15–25% eines Leistungsverstärkers für diedritte Mobilfunkgeneration hat ein 100W-PA eine Leistungsauf-nahme von bis zu 700W. Die große Verlustleistung erforderteine aufwändige aktive Kühlung, welche den Gesamtwirkungs-grad weiter reduziert. Dies führt dazu, dass immer öfter dieEnergiekosten einer Basisstation die Abschreibungskostenübersteigen. Daher ist ein hoher Wirkungsgrad von PAs sowohlfür Betreiber als auch Entwickler von Basisstationen vonbesonderer Bedeutung.

Im Projekt SWITCHED werden Senderarchitekturen unter-sucht, welche den Wirkungsgrad von PAs wesentlich verbes-sern können. Dabei wird der Fokus speziell auf gepulste Ver-stärker gelegt. „Switched Mode“ PAs (SM-PAs) erzielen fürrein phasenmodulierte Signale einen sehr hohen Wirkungs-grad. Damit SM-PAs auch digital modulierte Signale effizientverarbeiten können, muss eine geeignete Architektur undAnsteuerschaltung gefunden werden. Weiters muss der PAselbst für den gepulsten Betrieb optimiert werden.

Infineon ist Hersteller von Leistungstransistoren für PAs vonBasisstationen und hat reichlich Erfahrung mit RF (Hochfre-quenz, Radio Frequency)-Transmitter-Schaltungen und -Archi-tekturen. Bei Infineon Villach wurden SM-PAs für Audioanwen-dungen und xDSL-Anwendungen erfolgreich entwickelt. DieMikrowellenarbeitsgruppe des Instituts für Elektrische Mess-und Schaltungstechnik der TU Wien zeichnet sich durch her-vorragendes Know-How im Bereich PAs mit hohem Wirkungs-grad aus. In den letzten Jahren wurde der Bereich Messtech-nik, Entwurf und Charakterisierung von PAs deutlich ausgebautsowie Systemaspekte wie Linearisierungskonzepte in den For-schungsfokus mit aufgenommen. Die Mikrowellenarbeitsgrup-pe verfügt über modernste Messtechnik für Leistungsverstär-ker bis 50 GHz. Die neuen Standards für mobile Kommunikati-on erlauben immer höhere Datenraten wobei durch das Zusam-menfassen mehrerer Trägerfrequenzen auch mehr Sendelei-stung des PAs gefordert wird. Mit diesem Projekt soll die Ver-lustleistung in Basisstationen gezielt reduziert werden, um dieInfrastrukturkosten für mobile digitale Kommunikation mithohen Datenraten zu verringern. Erst dadurch werden Geräteder nächsten Mobilfunkgeneration in hohem Volumen zu gün-stigen Preisen am Markt Verbreitung finden.

FIT-IT 23

SWITCHED

FIT-IT EMBEDDED SYSTEMS

Drahtlose Kommunikation

Infobox01.01.2007 – 31.12.2008

Koordinator:

Infineon Technologies Austria AGwww.infineon.comAndreas WiesbauerSiemensstrasse 29500 VillachT: +43-(0)51777 - 6723M: andreas.wiesbauer@infineon.com

Partner:

Technische Universität WienInstitut für Elektrische Mess- und Schaltungstechnikwww.emst.tuwien.ac.atHolger Arthaber

24 FIT-IT

Secure NFC Applications

SNAP

FIT-IT EMBEDDED SYSTEMS

Drahtlose Kommunikation

Infobox01.02.2006 – 31.01.2008www.iaik.tugraz.at/research/vlsi/01_projects/01_snap/index.php

Koordinator:

Technische Universität GrazInstitut für Informationsverarbeitungund Kommunikationstechnologie (IAIK)www.iaik.tugraz.atManfred AignerInffeldgasse 16a8010 GrazT: +43 (0) 316 8735516M: Manfred.Aigner@iaik.tugraz.at

Partner:

NXP Semiconductorswww.nxp.comWolfgang Steinbauer

FH Joanneum Elektronik und Technologiemanagementwww.fh-joanneum.atRobert Okorn

Technische Universität GrazInstitut für elektrische Messtechnik undMesssignalverarbeitung (EMT)www.emt.tugraz.atGeorg Brasseur

Die Ausgabe von Papiergutscheinen ist ein beliebtes Mittel zum Akquirie-ren von Neukunden und deren Daten. Kosten entstehen für den Heraus-geber von Gutscheinen nicht nur durch Herstellen, Versenden und sog.„Giveaways“, sondern vor allem auch durch die aufwändige Verarbeitungder Daten, bis sie in elektronischer Form vorliegen.

„Virtuelle Gutscheine“ in elektronischer Form (mCoupons für Mobile Cou-pons) können diese Kosten drastisch reduzieren. Das Projekt SNAP hat dasZiel ein System von virtuellen Gutscheinen zu entwickeln, welche gegenFälschung und Weitergabe geschützt sind. Im Gegensatz zu papier-basier-ten Gutscheinen benötigen elektronische Gutscheine Schutzmaßnahmengegen automatisierte und verteilte Angriffe. Grundlage des neuen Systemsist der neue Kommunikationsstandard NFC (Near Field Communication),welcher schon in naher Zukunft zur Standardausstattung von „Handy &Co“ gehören wird. Billige RFID-Tags, an denen man sich Gutscheine mit-tels Berührung mit dem Handy abholen kann, können in Zeitschriften oderPapier von Plakaten integriert werden. Diese Tags funktionieren ohne eige-ne Stromversorgung und sollten in großer Stückzahl sehr billig herstellbarsein (weniger als 10 cent pro Stück). Zum Schutz gegen Fälschungen müs-sen diese Tags kryptografische Algorithmen berechnen. Zur Ausgabe einesGutscheines bringt der Teilnehmer sein Handy nah genug an das RFID-Tag,der Gutschein wird übertragen und am Handy gespeichert. Beim Einlösendes Gutscheins hält der Teilnehmer sein Handy nahe genug an ein Kas-senterminal, um den Gutschein abzugeben.

SNAP umfasst die Entwicklung von neuen RFID-Tags mit Krypto-Funktio-nalität sowie den Entwurf und die Implementierung von sicheren Kommu-nikationsprotokollen zwischen Handy und Tag sowie Handy und Kassen-terminal. Weiters wird ein neues Konzept zum energiesparenden Detektieren von NFC-Kommunikationspartnern entwickelt (NeighborhoodDetector).

Infobox01.01.2006 – 31.12.2007

Koordinator:

Infineon Technologies Austria AGwww.infineon.comGerald HolwegBabenbergerstraße 108020 GrazT: +43 (0) 5 1777 - 5300M: gerald.holweg@infineon.com

Partner:

RF-iT Solutions GmbHwww.rf-it-solutions.comAlexander Gauby

Technische Universität GrazInstitut für Elektronikwww.ife.tugraz.atWolfgang Pribyl

Technische Universität WienInstitut für Nachrichtentechnik undHochfrequenztechnikwww.nt.tuwien.ac.atArpad Scholtz

Comprehensive Transponder System

Transpondersysteme, auch als RFID (Radio Frequency Identification)-Systeme bezeichnet, bestehen aus hoch integrierten, passiven (batterielo-sen) Transpondern und aus Basisstationen, die kontaktlos Daten in dieTransponder programmieren bzw. aus ihnen auslesen. Tansponder werdenhäufig in Form von intelligenten Plaketten auf verschiedenen Gütern wieKleidung, Bücher, Verpackungskartons etc. angebracht um diese automa-tisch indentifizieren, lokalisieren und verfolgen zu können. Heute sind ver-schiedene Standards und Technologien verbreitet, die jeweils unterschied-liche Vorteile und Nachteile besitzen. Ein wichtiges Unterscheidungsmerk-mal ist die Frequenz des Hochfrequenzträgers, der zur kontaktlosen Über-tragung der Energie und zum bidirektionalen Datenaustausch dient. Amweitesten verbreitet sind Standards und Technologien für 13.56 MHz(Hochfrequenz, HF) und für den Ultrahochfrequenzbereich (UHF). HF istgegenüber UHF robuster im Einsatz bei rauen Umgebungsverhältnissenwie Feuchtigkeit und Schmutz, während mit UHF größere Übertragungs-reichweiten erzielt werden können. Auch wegen von Land zu Land unter-schiedlicher Zulassungsbestimmungen für elektromagnetische Gerätemüssen die Technologien länderspezifisch ausgewählt werden, was fürden länderübergreifenden Masseneinsatz von Transpondersystemen einegroße Einschränkung darstellt. Ziel in diesem Projekt ist es, ein „Compre-hensive Transponder System“ zu entwickeln, welches aus Transpondernbesteht, die sowohl mit HF- als auch mit UHF-Basisstationen betriebenwerden können. So wird erstmals ein weltweiter, grenzübergreifenderBetrieb unter unterschiedlichen Einsatzbedingungen möglich.An der TU Graz wird ein analoges Frontend entwickelt, das zusammen miteiner Mehrfrequenzantenne, die an der TU Wien entwickelt wird, sowohldie Signale einer Basisstation mit HF-Trägerfrequenz als auch einer mitUHF-Trägerfrequenz verarbeiten kann. RF-iT Solutions entwirft ein Demon-strationssystem und führt die Charakterisierung des „ComprehensiveTransponder Systems“ durch. Infineon Technologies ist verantwortlich fürdie monolithische Integration des neuen Transponder-Chips.

FIT-IT 25

CTS

FIT-IT EMBEDDED SYSTEMS

Drahtlose Kommunikation

26 FIT-IT

Multi-Mode Sigma-Delta Analog-to-Digital Converters

for 3rd Generation Mobile Phones

Die neue Generation von Mobiltelefonen macht ein gleichzeiti-ges Arbeiten bzw. rasches Umschalten zwischen verschiede-nen Mobilfunksystemen (GSM, UMTS, W-CDMA) erforderlich.Damit ist eine weitere Vervielfachung der Komplexität dieserGeräte verbunden, welche sich jedoch nicht durch einen erhöh-ten Platzbedarf (handliche Geräte) oder eine erhöhte Lei-stungsaufnahme (Sprech- und Standbyzeiten) bemerkbarmachen darf.Die Entwicklung und die Fertigung heutiger Mobiltelefone wur-den erst durch Hochintegration und moderne Fertigungstech-nologien ermöglicht. Moderne Geräte bestehen aus drei inte-grierten Bausteinen: der HF-Komponente, die das Antennensi-gnal verstärkt, dem Basisband- und Audio-IC, welcher aus demAntennensignal gewonnene Informationen in Sprach-, Audio-oder Datensignale wandelt und dem Power Management IC,der die geeignete Spannungsversorgung des Mobiltelefonssicherstellt. Ein Schlüsselelement des Signalflusses ist der AD-Umsetzer, welcher das von der Antenne kommende analogeSignal in ein für die weitere Verarbeitung besser geeignetesdigitales Signal wandelt. Während dieser oft in den Basisband-und Audio-IC integriert ist, werden in diesem Projekt die Vor-teile der Integration in den Power-Management IC, wie besse-re Analogfähigkeit und Verfügbarkeit beliebiger Versorgungs-spannungen, genutzt.Im Rahmen von MMADC wurde ein konfigurierbarer AD-Umsetzer für die beiden Mobilfunksysteme GSM und UMTSentwickelt und teilweise auf Silizium erprobt.

Dieser AD-Umsetzer besteht aus einem Sigma-Delta Modula-tor und einem Dezimationsprozessor. Beide Elemente ermögli-chen ein schnelles Umschalten zwischen den unterschiedli-chen technischen Anforderungen der Mobilfunksysteme, wiehohe Auflösung und geringe Bandbreite bei GSM sowie hoheBandbreite und geringe Auflösung bei UMTS. Damit werdenPlatz- und Leistungsverbrauch herkömmlicher Geräte mitgetrenntem AD-Umsetzer ganz wesentlich reduziert. MMADC ist eine Kooperation des Studiengangs für Elektronikder FH Technikum Kärnten, des Instituts für Elektronik der TUGraz und der Firma austriamicrosystems AG. Bestehende For-schungsschwerpunkte der beiden akademischen Partner inden Bereichen der Entwicklung von Multiraten-Filterprozesso-ren (FH-Technikum Kärnten) sowie Systemmodellierung undAnalogdesign (TU-Graz) wurden mit Unterstützung des Indu-striepartners weiter ausgebaut.

MMADC

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Drahtlose Kommunikation

Infobox01.03.2004 – 30.06.2006

Koordinator:

FH-Technikum Kärntenwww.cti.ac.atErwin OfnerEuropastraße 49524 VillachT: +43 (0) 4242 90500 2117M: e.ofner@cti.ac.at

Partner:

Technische Universität GrazInstitut für Elektronikwww.ife.tugraz.at Wolfgang Pribyl

Austriamicrosystems AGwww.austriamicrosystems.comMario Manninger

Infobox01.03.2004 – 30.09.2006

Koordinator:

Infineon Technologies Austria AGwww.infineon.comPeter CalderaSiemensstrasse 29500 VillachT: +43 (0) 5 1777 - 6346M: peter.caldera@infineon.com

Partner:

Technische Universität GrazInstitut für Grundlagen und Theorie derElektrotechnik (IGTE)www.igte.tugraz.atKurt Preis

Multi Service Access Node Development Platform

Die numerische Simulation des elektromagnetischen Feldesvon ganzen Leiterplatten ist z. B. mit Hilfe der Methode der fini-ten Elemente (FEM) oder jener der finiten Differenzen (FDTD)mit der heutzutage zur Verfügung stehenden Rechnerleistung(Speichergröße und Rechengeschwindigkeit) von Arbeitsplatz-rechnern unmöglich. Genaue Untersuchungen zeigen, dassmitunter einzelne Komponenten (beispielsweise das Überspre-chen von Streifenleitern oder ein nichtlinearer Übertrager) einegroße Herausforderung in der numerischen Simulation darstel-len. Andererseits nehmen die Anforderungen im Entwurf vonLeiterplatten (höhere Taktfrequenz, höhere Packungsdichte,mehrlagige Leiterplatten, usw.) kontinuierlich zu. Das Ziel des Projekts MultiACCESS ist es, eine hinreichendgenaue Simulation der wesentlichen elektromagnetischenEigenschaften (Unverfälschtheit von Signalen, minimierteÜbertragungsverzögerung, elektromagnetische Verträglichkeit,usw.) großer Leiterplatten bereits im Entwurf in einem großenFrequenzbereich routinemäßig zu ermöglichen. Große Leiter-platten kommen zum Beispiel in der Telekommunikation zumEinsatz. Die Datenübertragung mittels Breitband-DSL weistimmer noch große Wachstumsraten auf. Es werden Lösungenangestrebt, welche einen freien Zugang zwischen den Service-graden (ADSL, SHDSL, VDSL) gestatten und die Kosten für die

Kunden optimieren helfen. Somit ist die Entwicklung von lei-stungsfähigen numerischen Methoden für den Entwurf vonLeiterplatten von großer Bedeutung. Der Lösungsansatz ist, geeignete Netzwerkmodelle zur Verfü-gung zu stellen, welche anhand von genauen Feldsimulationengewonnen werden. Die Simulationszeiten von Netzwerkmo-dellen sind im Vergleich zu denen der entsprechenden Feld-modelle wesentlich kürzer und können so den Entwurf von Lei-terplatten unterstützen. Einzelne Komponenten auf der Leiter-platte werden für die Feldsimulation getrennt betrachtet undmit FEM im Frequenz- und im Zeitbereich oder mit FDTD imZeitbereich genau simuliert. Dabei werden die Komponentendurch transfinite Elemente bei der FEM oder durch Ober-flächenimpedanzen bei FDTD geeignet abgeschlossen. Aus derFeldsimulation der einzelnen Komponenten wird jeweils eineNetzwerkdarstellung durch Eingangsimpedanzen, Streupara-meter usw. gewonnen. Anschließend werden die einzelnenNetzwerkdarstellungen zu einem gesamten Netzwerk, wel-ches die ganze Leiterplatte darstellt, zusammengefügt. Im Rahmen des Projektes wurde zudem versucht durch Mehr-gitterverfahren die Rechenzeiten zur Lösung des resultieren-den Gleichungssystems bei der FEM wesentlich zu verringern.

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MultiACCESS

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Drahtlose Kommunikation

Das Bild zeigt einen Skalar-plot derelektrischen Feldstärke auf derOberfläche des Dielektri-kums unterhalb des Kup-fers bei transienterUntersuchung.

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Authentication for Long-Range RFID Technology

ART beschäftigte sich mit dem Einsatz von RFID-Tags („radio frequencyidentification tags“) in Anwendungen, die Datensicherheit und größereReichweite erfordern. RFID-Tags kommunizieren über eine drahtlose Ver-bindung mit dem Lesegerät. Die Tags sind rein passiv, d.h. die Energie zumBetrieb der Schaltung wird aus dem elektromagnetischen Feld des Lese-geräts entnommen. In ART wurden Tag-Prototypen entwickelt, die starkeVerschlüsselung unter den gegebenen Anforderungen (geringster Energie-verbrauch, minimale Siliziumfläche etc.) gewährleisten. Die Möglichkeit,solche Algorithmen auf Tags bearbeiten zu können, bietet die Grundlage fürsicheren Datenverkehr zwischen Lesegerät und Tag. Krypto-Tags werdendie Fähigkeit haben, sich eindeutig beim Lesegerät zu authentifizieren.Weiters wurde innerhalb des Projektes ART versucht, unter voller Ausnüt-zung des Potentials des RF-Kanals, die Reichweite zwischen Tags undLesegerät zu erhöhen.Die Resultate decken alle Bereiche des Gesamtprojektes ab. Es wurdenTests mit Antennen und Lesegeräten durchgeführt, um deren Reichweitezu erhöhen. Maßgebliche Verbesserungen der Lesereichweite wurdendurch Neuentwicklungen der analogen Empfängerkomponenten erzielt.Die Entwicklung der Tag-Prototypen wurde mit erfolgreichen Tests abge-schlossen. Auf Systemebene wurde ein Java-Modell entwickelt, um Aus-wirkungen verschiedener Systemparameter auf das RFID-System alsGanzes effizient simulieren und testen zu können. Eine für den RFID-Ein-satz spezialisierte Hardware-Implementierung des Verschlüsselungsalgo-rithmus AES wurde entwickelt und mithilfe der Prototypen-Tags erfolgreichgetestet. Standardisierte Protokolle zur Kommunikation zwischen Tags undLesegerät wurden erweitert, um sichere symmetrische Authentifizierungzwischen Tag und Lesegerät durchzuführen. RFID-Systeme sind seit über einem Jahrzehnt im Einsatz. Anhand denAngaben von VDC hat der Sektor RFID im Jahr 2002 globale Gesamtein-nahmen von US$ 965 Mio. erreicht. Das erwartete Wachstum für diesenMarkt ist mit 23% für die nächsten Jahre angegeben. Typische Anwen-dungsgebiete für sichere RFID-Tags liegen in den BereichenTransport/Logistik, Gesundheit, Lebensmittel usw.

ART

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Drahtlose Kommunikation

Infobox01.09.2003 – 30.11.2005www.iaik.tugraz.at/research/vlsi/01_projects/01_art/index.php

Koordinator:

Technische Universität GrazInstitut für angewandte Informationsverarbeitung und Kommunikationstechnologie (IAIK)www.iaik.tugraz.atManfred AignerInffeldgasse 16a8010 GrazT: +43 (0) 316 8735516M: Manfred.Aigner@iaik.tugraz.at

Partner:

FH Joanneum Elektronik und Technologiemanagementwww.fh-joanneum.atRobert Okorn

NXP Semiconductorswww.nxp.comWolfgang Steinbauer

Siemens AGwww.siemens.at/tsGünter Fink

Home Ultra Wide Band

Hinter dem Begriff „Ultra-Wide Band“ (UWB) verbirgt sich eineneue Form der drahtlosen Datenübertragung, auch wenn dastechnische Prinzip schon lange Verwendung findet, speziell immilitärischen Bereich. UWB beruht auf dem Senden sehr kur-zer Pulse über ein breites Frequenzspektrum, aber mit sehrgeringer Sendeleistung. Im Vergleich zu momentan erhältlichenGeräten, die mit dem Wireless LAN (WLAN) Standard arbeiten(IEEE Standards 802.11a/b/g, „Wi-Fi“) soll mit UWB die maxi-male Datenrate von momentan 54 Mbit/s auf bis zu 1000Mbit/s gesteigert werden, allerdings bei einer geringerenReichweite von 10m statt 100m. Die hohe Datenrate wird inZukunft die drahtlose Übertragung auch hochauflösender Fern-sehbilder ermöglichen, zum Beispiel die Verbindung einesDVD-Players mit einem Videobeamer. Eine weitere Anwen-dung ist die drahtlose Verbindung von Peripheriegeräten zumPC („Wireless-USB Interface“) mit bis zu 480 Mbit/s.Das Projekt hatte das Ziel, die technische Machbarkeit einesUWB-Moduls zu evaluieren. Die speziellen technischen Her-ausforderungen lagen darin, ein solch breitbandiges Übertra-gungssystem kostengünstig und mit niedrigem Stromver-brauch auf einem Silizium-Chip zu integrieren. Aufgrund derKomplexität war dieses Ziel nur in enger Zusammenarbeit vonForschung und Industrie zu erreichen. Bei dem genannten Pro-jekt wurde daher eine Kooperation von Infineon Technologiesund der TU Wien (EMST) gestartet, um das bereits vorhande-ne Know-how optimal nutzen zu können.

Problematisch war zunächst der fehlende Konsens im UWBStandardisierungsgremium (IEEE 802.15) auf die grundlegendeArt der Übertragung (z.B. Codierung, Modulationsart). Für diefavorisierte Variante (Multi-band OFDM) wurde ein möglichesKonzept für einen integrierten Chip erarbeitet.In der zweiten Projektphase lag der Schwerpunkt der Aktivitä-ten auf der Entwicklung von integrierten Teilschaltungen, umdie prinzipielle Machbarkeit der notwendigen Teilmodule nach-weisen zu können. Basierend auf den Modulkonzepten wurdenentsprechende Testschaltungen entwickelt und gefertigt. Einam EMST entwickeltes Modul ist ein Komparator für eine Sam-pling-Rate von bis zu 2 GS/s mit integrierten Treiberschaltungenfür die Erprobung der notwendigen Messtechnik. Ferner wur-de bereits ein Komparator mit einer Abtastrate von 3 GS/s mitHilfe von Simulationen optimiert. Bei Infineon wurde u.a. einneuartiger Frequenz-Synthesizer entwickelt. Der angestrebteFrequenzbereich (3-7 GHz) wurde mit dem ersten Modul-Pro-totyp bereits erreicht. Damit konnte nachgewiesen werden,dass die extremen Anforderungen an die Einschwingzeit derFrequenz von kleiner 10 ns erreichbar sind. Diese Testschal-tungen ebneten in der Folge den Weg für die Entwicklungeines produktiven Chipsets für UWB-Systeme.

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HomeUWB

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Drahtlose Kommunikation

Infobox01.07.2003 – 30.06.2005

Koordinator:

Infineon Technologies Austria AG,www.infineon.comAndreas BertlSiemensstraße 29500 VillachT: +43 (0) 5 1777 - 0M: andreas.bertl@infineon.com

Partner:

Technische Universität WienInstitut für Elektrische Mess- und Schaltungstechnikwww.emst.tuwien.ac.atHorst Zimmermann

30 FIT-IT

Steuergerätetaugliches Echtzeit Reifenmodell

Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines Reifenmodells zur Echtzeit-Anwendung in der Automobilsteuerung. Dadurch soll eine auf Reifenkraftbasierende dynamische Fahrzeugregelung ermöglicht werden. HeutigeReifenmodelle zu Simulationszwecken wie die Magic Formula, das HSRI-Modell oder das Brush-Model sind sehr komplex. Viele Modelle beruhenauf physikalischen Eigenschaften des Reifens. Diese können wegen derlangen Rechenzeit und der Vielzahl an Parametern in Echtzeit-Systemennicht verwendet werden. Andere Reifenmodelle, implementiert zur Stabili-sierung von Fahrzeugen (ESP, DSC, VDC,…) haben nur wenige Parameter,sind aber nur in kritischen Fahrsituationen gültig, wobei eine schnelle undrobuste Funktion wichtiger ist als Genauigkeit. Reifen- und Straßeneigen-schaften sind stark veränderlich und daher muss das Modell sehr robust imBezug auf Parameterschwankungen sein.Es soll also ein kompaktes Reifenmodell mit kurzer Rechenzeit und einemMinimum an Parametern entwickelt werden. Diese Parameter müssensich adaptiv an die sich ändernden Reifen-Straße-Bedingungen anpassen.Die Rechenzeit des Modells muss den Anforderungen einer herkömmli-chen Fahrzeugelektronik entsprechen um implementiert werden zu kön-nen. Daher werden folgende Arbeitsschritte definiert: Zunächst werdenbestehende Reifenmodelle bezüglich Komplexität und Genauigkeit eva-luiert, besonders für den Einsatz in Echtzeitsystemen. Anschließend wirditerativ eine passenden Struktur für ein adaptives aber auch kompaktesReifenmodell entwickelt, inklusive eines stabilen und robusten Algorith-mus zur Parameterschätzung. Die Robustheit betreffend Parametervariati-on wird analysiert und simuliert. Schließlich kann eine Fehlerdiagnoseein-heit implementiert werden, um die im Projekt erzielten Fortschritte zudokumentieren.

SER

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Fahrzeugindustrie

Infobox01.01.06 – 31.12.07

Koordinator:

Technische Universität WienInstitut für Mechanik und Mechatronikwww.impa.tuwien.ac.atMartin KozekGußhausstr. 27-291040 WienT: +43 (0) 158801 - 32812M: kozek@impa.tuwien.ac.at

Partner:

TTTech Computertechnik AGwww.tttech.comMartina Sebastian

Infobox01.01.2006 – 30.06.2008www.vibe-less.org

Koordinator:

PROFACTOR Produktionsforschungs GmBHwww.profactor.atMarkus GusenbauerIm Stadtgut A24407 Steyr/GleinkT: +43 (0) 7252 885 303M: markus.gusenbauer@profactor.at

Partner:

MAGNA Steyr Fahrzeugtechnik AG & Co KGwww.magnasteyr.comChristoph Fankhauser

Austrian Research Centers GmbHwww.arcs.ac.atErwin Schoitsch

Leichtmetallkompetenzzentrum Ranshofen GmbHwww.lkr.atRudolf Gradinger

VIBration cancElling by Lightweight nEtworked Smart Structures

Was ist des Menschen liebster Gefährte? Sein Gefährt. Leise, sparsam undschnell sollte es sein. Der Anspruch von Fahrzeuglenkern und Insassen ansparsame Autos mit geringem Verbrauch und hohem Komfort wird ständiggrößer. Auch im Bereich der Geräusch- und Vibrationsentwicklung im Fahr-zeuginnenraum. Derzeit optimieren Schwermatten aus Bitumenverbindun-gen die Akustik. Allerdings steigt dadurch das Fahrzeuggewicht, was zuhöherem Kraftstoffverbrauch und vermehrtem CO2-Ausstoß führt.

Ziel von VIBE-LESS ist, eine innovative Technologie zur aktiven Geräusch-und Schwingungsdämpfung für den Fahrzeugbau zu entwickeln und aufSerientauglichkeit zu trimmen. Die für Fahrzeuginsassen störenden Geräu-sche werden aktiv reduziert: Sensornetzwerke erfassen dabei dieGeräuschquelle in Form von Karosserieschwingungen. Mit Hilfe dieserSensorinformationen werden in Echtzeit geeignete Gegenschwingungenerzeugt, der störende Lärm somit reduziert und die Akustik für die Fahr-zeuginsassen erheblich verbessert.Ein System von piezoelektrischen Sensoren und Aktuatoren wird dazu indas automotive Bauteil integriert, das zusammen mit einer eingebettetenInformationselektronik sowie einer hoch performanten Regelungstechnikeine leistungsfähige mechatronische Einheit darstellt. Dadurch wird esmöglich, der smarten Struktur neue Eigenschaften zu geben, um sichändernden Umgebungsbedingungen anpassen zu können.Der Entwicklungstrend geht in die Produktion intelligenter Sensoren undAktuatoren, die im Inneren bereits alle informationstechnischen, sensori-schen und aktuatorischen Elemente enthalten. So denkt man etwa an eininnovatives smartes Blech, das nur noch mit Energie versorgt werdenmuss, um selbstständig Schwingungen und Lärm zu dämpfen und sichdabei gleichzeitig auf eventuell bevorstehende Schäden zu überprüfen.Diese innovative Technologie besitzt ein enormes Potential für Anwendun-gen im Fahrzeug- und Maschinenbau.

FIT-IT 31

VIBE-LESS

FIT-IT EMBEDDED SYSTEMS

Fahrzeugindustrie

32 FIT-IT

Component Based Automotive System Software

Elektronische Steuergeräte und deren Vernetzung gewinnen inmodernen Fahrzeugen immer mehr an Bedeutung. So könnendamit beispielsweise mechanische und/oder hydraulischeKomponenten durch elektronische Komponenten ersetzt wer-den. Als Resultat kann dem Kunden mehr Sicherheit, Funktio-nalität und Komfort bei gleichzeitig reduzierten Kosten undGewicht sowie gesteigerter Umwelteffizienz geboten werden.Ein sehr wichtiger Bestandteil derartiger Systeme ist die Netz-werkinfrastruktur und die damit verbundene Kommunikations-software. Hierfür sind zuverlässige und gleichzeitig kostengün-stige Lösungen mit entsprechender Modularität nötig um Kom-ponenten unterschiedlicher Hersteller einfach in ein Systemintegrieren zu können.Schwerpunkte des Projekts COMPASS sind komponentenba-sierte Ansätze zur Implementierung von Hardware und Soft-ware, um die Funktionalität der Basismodule für verteilte Kom-munikationseinrichtungen auf unterschiedlichsten Plattformenanwendbar zu machen. Für die praktische Umsetzung wirdhierfür das FlexRay-Protokoll herangezogen.Das Projekt setzt hierbei auf die Ergebnisse laufender, aktuellerindustrieller und akademischer Forschungsprojekte auf. Beson-ders erwähnenswert ist hier die AUTOSAR Initiative, bei derdie führenden Automobilhersteller, Zulieferfirmen und Toolher-steller eine Standardisierung von Systemsoftware und Toolingim Automobilbereich vorantreiben.Darauf aufbauend wird in COMPASS eine entsprechende„System Infrastructure“ für die Hardware/Software-Schnitt-stelle des Kommunikationssystems erarbeitet. Hierbei wird der

von AUTOSAR definierte Systemsoftware-Stack entsprechenddem komponentenbasierten Ansatz modifiziert und in wohldefinierte Komponenten unterteilt. Diese Unterteilung verbes-sert die Skalierbarkeit des Systemsoftware-Stacks und dientals Grundlage für eine prototypische Realisierung wesentlicherKomponenten sowohl in Hard- als auch in Software.Für das Bewerten der Ergebnisse werden geeignete „Bench-marks“ und dafür benötigte Metriken spezifiziert, implemen-tiert und auf den Prototypen angewandt. Mit einem zu ent-wickelnden „Interaction und Composition Standard“ basierendauf dem Konzept der „Konnektoren“ soll es weiters möglichwerden in Zukunft eine flexible Hardware/Software-Allokationbei der Entwicklung von Anwendungen durchzuführen. Damitkönnen maßgeschneiderte Applikationen für die entsprechen-den Zielplattformen erstellt werden.

COMPASS

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Fahrzeugindustrie

Infobox01.09.2005 – 31.08.2007embsys.technikum-wien.at/compass.html

Koordinator:

Decomsys GmbHwww.decomsys.comJohannes Reisinger1060 Wien, Stumpergasse 48/28T: +43 (0) 1 59983 - 0M: reisinger@decomsys.com

Partner:

Technische Universität Wien, Institut für Informations-systeme, Abteilung Verteilte Systemewww.infosys.tuwien.ac.at Karl M. Göschka

Fachhochschule Technikum WienAbteilung Embedded Systemsembsys.technikum-wien.atMartin Horauer

FIT-IT 33

Systematische Testfallgenerierung für sicherheitskritische verteilte eingebettete

Echtzeit-Systeme für unterschiedliche Sicherheitsstufen

Aktuelle Software-Testmethoden für eingebettete Systeme basieren auf einemmanuellen, arbeitsintensiven und oft fehleranfälligen Prozess. Speziell im sicherheits-relevanten Bereich können Fehler Unfälle mit lebensgefährlichen Verletzungen verur-sachen. Aus diesem Grund ist ein systematisches Verfahren zur Testautomatisierungdringend notwendig. Im Folgenden wird ein Testrahmen für das automatisierte Testenvon Software mit einem anforderungsbasierten, modellbasierten und formalen Ansatzvorgestellt.

Die Richtlinien für die Entwicklung von sicherheitsrelevanten Systemen sind übli-cherweise in Sicherheitsnormen definiert. Der entwickelte Testrahmen orientiert sichan der in der Automobilindustrie anerkannten Norm IEC 61508. Die textuell erfasstenAnforderungen und das formale Modell des Testsystems bilden die Basis für denTestrahmen. Um eine Automatisierung der Testfallgenerierung zu ermöglichen, müs-sen die Anforderungen in einem manuellen Schritt formal spezifiziert werden. Das formale Modell kann wahlweise manuell erstellt oder auch automatisch aus dem Programmcode extrahiert werden.Vor der Testfallgenerierung wird formal verifiziert, ob die Anforderungen vom Modellerfüllt werden. Die automatisch generierten Testfälle werden auf das Testsystemangewendet. Das Test-Orakel liefert die Information über den Erfolg der Testfallaus-führung und misst die Testqualität mittels Testüberdeckungsmetriken. Die Testfällewerden unter Verwendung eines Model-Checkers generiert. Ein Model-Checker ist inder Lage zu verifizieren, ob eine formal vorliegende Anforderung von einem formalenModell erfüllt wird. Ist dies nicht der Fall, so wird ein Gegenbeispiel generiert, wel-ches als Testfall verwendet werden kann. Beginnend mit den „korrekten“ formalenAnforderungen, werden die Anforderungen systematisch verändert (mutiert), um soTestfälle aus den entstanden Mutanten zu generieren. Alternativ dazu kann die Muta-tion auch auf das Modell angewendet werden. Es konnten funktionsfähige Prototy-pen für die automatische Modellextrahierung aus dem C- Programmcode, für die Test-fallgenerierung , sowie für Testfallausführung, -evaluierung und -dokumentation (Test-Orakel) entwickelt werden. Eine wesentliche Herausforderung bezüglich der Weiter-entwicklung des Testrahmens stellt die Zustandsraumexplosion bei komplexen Syste-men dar. Um diesem Problem zu begegnen, wird in weiterführenden Arbeiten dieIntegration von Abstraktionstechniken angedacht.

Te-DES

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Fahrzeugindustrie

Infobox01.02.2005 – 31.05.2007www.te-des.com

Koordinator:

MAGNA Steyr Fahrzeugtechnikwww.magnasteyr.comPeter DämonLiebenauer Hauptstraße 3178041 GrazT: +43 (0) 316 404 - 9122M: peter.daemon@magnasteyr.com

Partner:

TTTech Computertechnik AG, www.tttech.com Martina Sebastian

Technische Universität GrazInstitut für Software Technologiewww.ist.tugraz.at Franz Wotawa

Technische Universität WienInstitut für Technische Informatikwww.vmars.tuwien.ac.atPeter Puschner

34 FIT-IT

Model-based development of Distributed Embedded Control Systems

Bei sicherheitskritischer Software, wie zum Beispiel Flugzeugsteuerungen,Motormanagement oder Bremsassistenten, ist das Zeitverhalten einwesentlicher Faktor für die korrekte Funktion. Es genügt hier nicht alleine,dass Berechnungen richtige Ergebnisse liefern, sondern die Werte müssenzusätzlich zum richtigen Zeitpunkt zur Verfügung stehen. Wenn die Soft-ware schließlich noch auf mehrere Prozessoren verteilt ist, wird diese Auf-gabenstellung für Entwickler schwer lösbar. Heutige Ansätze erlaubenaußerdem nur, dass die Software für bestimmte Plattformen – alsobestimmte Prozessoren, Kommunikationsnetze und Betriebssysteme –entwickelt wird. Ändern sich diese, ist die Software meist aufwändig zuändern und zu testen.Im Projekt MoDECS wurde eine deskriptive Notation zur Beschreibung desZeitverhaltens entwickelt, die sogenannte Timing Definition Language,TDL, und es konnte anhand praxisrelevanter Aufgabenstellungen gezeigtwerden, dass die Konzepte nutzbringend anwendbar sind. Ein Compilergeneriert ausführbaren Code aus einem TDL-Modul. Die TDL basiert aufeiner Zeit-Abstraktion, die im Rahmen des Giotto-Projektes an der Univer-sität von Kalifornien, Berkeley (Prof. Henzinger) vorgeschlagen wurde:Anstatt wie bisher die tatsächliche Ausführungszeit einer Softwarefunktionauf einer bestimmten Plattform zu betrachten, wird das Zeitverhalten mit-tels LET (Logical Execution Time) beschrieben. LET ermöglicht erstmals,dass das Verhalten von Echtzeitsoftware unabhängig von einer Plattformbeschrieben wird.Ein wichtiger Eingangsparameter für die automatisierte Code-Erzeugungaus TDL-Modulen ist die WCET (Worst Case Execution Time). In diesemForschungsfeld wurde auf die Erfahrungen der Real-Time Systems Gruppeder TU Wien (ao. Prof. Peter Puschner) zurückgegriffen. Die Herausforde-rung in diesem Projektteil war, eine WCET-Analyse durchzuführen, ohnedass die Entwickler den Code um Hinweise auf dessen Zeitverhaltenergänzen müssen.

MoDECS

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Fahrzeugindustrie

Infobox01.09.2003 – 31.08.2005www.MODECS.cc

Koordinator:

AVL List GmbHwww.avl.comMichael PaulweberHans-List-Platz 18020 GrazT: +43 (0) 316 787 240M: michael.paulweber@avl.com

Partner:

Universität SalzburgSoftware Engineeringwww.SoftwareResearch.net Wolfgang Pree

MAGNA STEYR Fahrzeugtechnik AG & Co KGwww.magnasteyr.comIrenka Mandic

Technische Universität WienReal-Time Systems Groupwww. vmars.tuwien.ac.atPeter Puschner

Systematic Test of Embedded Automotive Communication Systems

Elektronische Automobilanwendungen der nahen Zukunft wie zum Beispiel By-wire-Systeme für Brems- und Lenksystem verbessern Fahrkomfort und Sicherheit. Dieserinnovative Schritt wird durch den vermehrten Einsatz und die Vernetzung von elek-tronischen Steuergeräten ermöglicht, welche zunehmend heutige hydraulische undmechanische Steuergeräte ersetzen.Ziel von STEACS ist es, die immer komplexere Aufgabe der Systemintegration – dieAutomobilhersteller müssen die einzelnen Steuergeräte zu einem funktionierendenSystem zusammenführen und im Verbund austesten – zu unterstützen. Diese Ziel-setzung ist aus zweierlei Hinsicht von besonderer Bedeutung. Zum einen erhöht dieintensive Vernetzung dieser Systeme die Komplexität und Testbarkeit und zum ande-ren werden beim Einsatz dieser Systeme in sicherheitskritischen Bereichen extremgenaue Prüfungs- und Diagnosestrategien vorausgesetzt. Der spezielle Fokus vonSTEACS liegt hierbei auf dem Netzwerk – der Kernkomponente, wie auch aus derBezeichnung By-wire hervorgeht.Die zentrale Innovation dieses Projektes -- die Entwicklung einer neuen, integriertenMethodologie für systematische Tests und Diagnose – ermöglicht eine effektive undprofunde Analyse der Bus- und Kommunikationseigenschaften von zukünftigen By-wire-Systemen.Systemische Grundlage für die in STEACS behandelten By-wire-Systeme stellt dasneue Kommunikationsprotokoll FlexRay dar. Dieses wird von einem Industriekonsor-tium namhafter Hersteller aus der Automobilindustrie und dem Bereich der Embed-ded Systems entwickelt. Die Firma DECOMSYS ist hierbei einer der führenden Soft-ware- und Prototyping-Hardware-Provider des FlexRay-Konsortiums.Im Rahmen des Projekts wurden ein detailliertes Layermodell für die Kommunikationsowie Konzepte für Monitoring und Fehlerinjektion erarbeitet. Die Umsetzung in Pro-totypen demonstrierte das Potential für die konkrete praktische Anwendung. Daraufaufbauend konnte DECOMSYS sein bestehendes Portfolio an Diagnose- und Test-werkzeugen entscheidend erweitern.

FIT-IT 35

STEACS

FIT-IT EMBEDDED SYSTEMS

Fahrzeugindustrie

Infobox01.09.2003 – 31.08.2005 embsys.technikum-wien.at/steacs.html.

Koordinator:

DECOMSYSwww.decomsys.comRoman PalliererStumpergasse 48/281060 WienT: +43 (0) 1 599 83 35M: pallierer@decomsys.com

Partner:

Technische Universität WienInstitut für Technische Informatik,Embedded Computing SystemsGroupwww.ecs.tuwien.ac.atAndreas Steininger

Fachhochschule Technikum WienAbteilung für Embedded Systemsembsys.technikum-wien.atMartin Horauer

36 FIT-IT

Der „Rapid Prototyping“ Ansatz wird in der Automobilindustrieverwendet, um anhand von Konzeptfahrzeugen neue Techno-logien vor Serieneinführung zu testen. Entscheidend ist dabeidie schnelle und damit kostengünstige Umsetzung des Kon-zepts sowie die möglichst einfache Überleitung in ein Serien-fahrzeug.Eine dieser innovativen Technologien, die in den letzten Jahrenin vielen Prototypenfahrzeugen eingesetzt und getestet wur-den, ist die zeitgesteuerte Architektur TTA (Time-TriggeredArchitecture). Diese eignet sich im Besonderen für By-Wire-Systeme, da hier sehr hohe Sicherheitsanforderungen gestelltwerden.Ziel des Projektes war die Entwicklung eines „Rapid Prototy-ping Kits“ in Form einer integrierten Software-Toolkette, die esAutomobilherstellern und Zulieferern ermöglicht, Fahrzeugpro-totypen mithilfe des zeitgesteuerten Kommunikationsprotokol-ls TTP (Time-Triggered Protocol) rasch aufzusetzen. Diese inte-grierte Entwicklungsumgebung unterstützt und erleichtertsomit den Rapid-Prototyping-Prozess im Bereich hochzuverläs-siger, verteilter Echtzeitsysteme. Wesentlicher Nutzen diesesProjektes ist es zudem, dass künftig von den Programmier-Werkzeugen erzeugter Maschinencode, leicht und im Beson-

deren unter Gewährleistung aller bestehenden Sicherheitsa-spekte in die Serienproduktion übergeführt werden kann.Zu den wichtigsten Ergebnissen des Projektes zählt die Ent-wicklung der Programmier-Werkzeuge I/O Toolbox, TTP-Mat-link und TTP-Calibrate, die es dem Anwender ermöglichen,schnell und kostengünstig neue By-Wire-Applikationen zu ent-wickeln. Diese Software-Tools wurden inzwischen bei mehre-ren Fahrzeugherstellern und Zulieferern zur Entwicklung vonSteer-by-Wire und Brake-by-Wire-Prototypen eingesetzt. Diewichtigsten wirtschaftlichen Vorteile bestehen in der enormenKostensenkung für das Rapid Prototyping und einem verkürz-ten Time-to-Market.Ohne die Förderung von FIT-IT hätte das Projekt nicht in die-sem Umfang und in der schlussendlich erzielten Schnelligkeitumgesetzt werden können. Im äußerst dynamischen Markt derEmbedded Systems ist es wichtig, rasch auf Veränderungenreagieren zu können. Mit Hilfe des FIT-IT Förderprogrammswurde die erforderliche Flexibilität erreicht. Die Kooperation mitder TU Wien konnte abermals intensiviert und vorhandenesKnow-how dem Industriepartner TTTech zugänglich gemachtwerden.

Rapid Prototyping Kit (TTA-Kit)

FIT-IT EMBEDDED SYSTEMS

Fahrzeugindustrie

Infobox01.11.2002 – 31.01.2004

Koordinator:

TTTech Computertechnik AGwww.tttech.comJudith SattlbergerSchönbrunner Straße 71040 WienT: +43 (0) 1 585 34 34 - 52M: judith.sattlberger@tttech.com

Partner:

Technische Universität Wien Institut für Technische Informatikwww.vmars.tuwien.ac.at Peter Puschner

Infobox01.03.2006 – 28.02.2009

Koordinator:

Technische Universität WienInstitut für Elektrische Mess- und Schaltungstechnik (EMST)www.emst.tuwien.ac.atHorst Zimmermann Gußhausstraße 25/354T: +43 (0) 1 58801 - 35430M: horst.zimmermann@tuwien.ac.at

Partner:

austriamicrosystemswww.austriamicrosystems.comGerald MeinhardtEwald Wachmann

DVD eingebettete optische Systeme

In diesem Projekt werden innovative Siliziumgermanium(SiGe)-Photodioden, fortgeschrittene SiGe-Phototransistoren, PIN-wie auch Finger-Dioden untersucht und durch Messungen veri-fiziert, sowie neue Prozessmodule für Photodetektoren ent-wickelt. Die auf Siliziumgermanium basierenden Bauelementewerden in der 0,35 µm-SiGe-BiCMOS-Technologie von austria-microsystems implementiert, die auf integrierte optischeSysteme erweitert werden kann. Es werden Photodetektorenfür einen weiten spektralen Bereich (von 400 nm bis 850 nm)entwickelt. Dieser spektrale Bereich deckt auch Anwendungenfür die Digital Versatile Disk (DVD) mit ultraviolettem Licht,auch bekannt als Blu-Ray Disk (405 nm), ab.Aus Rückwärtskompatibilitätsgründen mit gegenwärtigen DVDund CD-ROM Systemen und zur weiteren Erhöhung der Mas-senfertigung für LAN-Anwendungen können die Detektorenüber einen weiten spektralen Bereich (405 nm bis 850 nm)betrieben werden. Für Blu-Ray, DVD und CD-ROM mussjeweils derselbe Photodetekor verwendet werden.Die entwickelten Prozessmodule für Photodetektoren werdenin den 0,35 µm-SiGe-BiCMOS-Prozess implementiert, um eine

bestmögliche optoelektronische integrierte Schaltungstechno-logie (OEIC) zu schaffen, die die Bandbreiten gegenwärtig ver-fügbarer OEIC Technologien um das Dreifache übertrifft.Die bei austriamicrosystems zur Verfügung gestellte SiGe-Technologie bietet dabei ein besonders günstiges, rauschar-mes Verhalten ebenso wie Hochgeschwindigkeitseffizienz inHinblick auf OEICs.Neue Schaltungskonzepte für niedriges Rauschen, hohe Tran-simpedanzverstärkung und Bandbreite für Blu-Ray-Systemewerden erforscht. Kapazitiv gekoppelte Spannungsteilerrück-kopplungen in Verstärkern werden in Hinblick auf variable Ver-stärkung erweitert, mit Zielen hinsichtlich niedrigeren Schal-tungsrauschens, geringeren Leistungsverbrauches, kleinererChipfläche und niedrigeren Offsetspannungen. Das Optimierenaller vier Eigenschaften stellt gemeinsam mit einer steuerbarenEmpfindlichkeit eine technologische Herausforderung dar.Das Projekt wird wichtige Beiträge zu Prozessmodulen undSchaltungen erbringen, die zur Entwicklung von optischenmonolithisch integrierten DVD-Systemen benötigt werden.

FIT-IT 37

DEOS

FIT-IT EMBEDDED SYSTEMS

Produktion und Fertigung

Das Bild zeigt das Chiplayout der ersten Testphase des Transimpe-danzverstärkers mit einer integrierten Finger-Fotodiode mit eineroptisch aktiven Fläche von 2500 µm2.

38 FIT-IT

Evolution Control Environment for Distributed Automation Components

Adaptive Produktionssysteme wurde von der Europäischen High-LevelGroup (ManuFuture2004 – gefördert durch die Europäische Kommission)als eine der vier Schlüsseltechnologien für „Manufacturing 2020“ identifi-ziert. Neue Technologien für effizientes Engineering von sicheren, fehler-toleranten und hochverfügbaren Systemen und deren Anpassungsfähigkeitsind wesentliche Grundvoraussetzungen für zukünftige Entwicklungen imProduktionsbereich. Ohne diese Lösungen wird eine Anpassung von indu-striellen Automatisierungs- und Steuerungssystemen an neue Gegeben-heiten kostspielig und beeinträchtigt erheblich die schon heute geforderteWiederverwendbarkeit von Produktionsequipment. Das Engineering vonBenutzer-kontrollierter Systemevolution und deren sicherer und fehlertole-ranter Umsetzung, wesentlich frei von kostenintensiver System-Downti-me, wird zunehmend zu einem wichtigen wirtschaftlichen Faktor. εCEDAC erforscht radikale Innovationen, die für eine modellgetriebene,komponentbasierte Entwicklung von sicheren, hochverfügbaren, verteiltenund eingebetteten Steuerungssystemen und deren fehlertoleranter sowieBenutzer-kontrollierter Evolution während einer Adaption notwendig sind.Weiters verbessert εCEDAC die Entwicklung von verteilten, eingebettetenSteuerungssystemen und die Wiederverwendbarkeit durch Komponente-norientierung. Eine hardwareunabhängige Entwicklung durch applikations-basiertes Engineering wird sowohl für die eigentliche Steuerungsaufgabeals auch für die Evolutionsaufgabe angestrebt. Basierend auf vorhandenen Steuerungsmodelliersprachen (wie z.B. Simu-link, IEC 61499, ...) wird eine neue Evolutionsmodellierungssprache alsHauptinnovation eingeführt. Ein wesentliches Alleinstellungsmerkmal istdie Tatsache, dass sowohl das eigentliche Steuerungsprogramm wie auchdie Evolutionsapplikation mit ähnlichen Mitteln entwickelt werden. Diezweite Innovation durch εCEDAC ist ein neues Hardware-Beschreibungs-modell mit erweiterter Funktionalität für die Bestimmung von verfügbarenRessourcen in verteilten Systemen.Diese beiden Hauptinnovationen in εCEDAC ermöglichen einen integrier-ten Engineering-Support für die Modellierung von Evolutionsapplikationenund liefern die Grundvoraussetzung für die Verifikation und Validierung vonSteuerungs- und Evolutionsaufgaben bezüglich Zeitbedingungen, Hard-ware-Ressourcen und Variablen.

εCEDAC

FIT-IT EMBEDDED SYSTEMS

Produktion und Fertigung

Infobox01.05.2005 – 31.07.2007www.ecedac.org

Koordinator:

PROFACTOR Produktionsforschungs GmbHwww.profactor.atThomas StrasserIm Stadtgut A24407 Steyr-GleinkT: +43 (0) 7252 885309M: thomas.strasser@profactor.at

Partner:

Bachmann electronic GmbHwww.bachmann.infoJosef Fritsche

kirchner SOFTwww.kirchnersoft.comHeinrich Steininger

Siemens VAI Metals TechnologiesGmbH & Cowww.industry.siemens.com/metals-miningGeorg Keintzel

LOYTEC electronics GmbHwww.loytec.comDietmar Loy

Technische Universität WienInstitut für Automatisierungs- und Regelungstechnikwww.acin.tuwien.ac.atAlois Zoitl

Infobox01.05.2004 – 30.11.2006www.microns.org

Koordinator:

PROFACTOR Produktionsforschungs GmbHwww.profactor.atThomas StrasserIm Stadtgut A24407 Steyr-GleinkT: +43 (0) 7252 885309M: thomas.strasser@profactor.at

Partner:

Fronius International GmbHwww.fronius.comEwald Wahlmüller

Festo Gesellschaft m.b.H.www.festo.atMartin Hautzendorfer

Technische Universität WienInstitut für Automatisierungs- und Regelungstechnikwww.acin.tuwien.ac.atAlois Zoitl

Fachhochschulen OÖ F&E GmbHwww.fh-ooe.atFranz Auinger

Micro Holons for Next Generation Distributed Embedded Automation and Control

Um Visionen wie „Flexible Produktion bis Losgröße 1“, „Customization“oder „Knowledge Economy“ zu realisieren, sind „agile“ Systemkompo-nenten (Mechanik, Hardware, Software) nötig. Dazu müssen Maschinen-und Anlagenteile neue Eigenschaften bis hin zur Rekonfigurierbarkeit imBetrieb aufweisen. Der gegenwärtige Stand der Technik basiert auf Ent-wicklungen die vor ca. 40 Jahren begonnen wurden und ist inkompatibelmit diesen neuen Anforderungen. Daher werden im Rahmen des Projektesneue, agilere Konzepte („Next Generation Distributed Embedded Automa-tion and Control Systems“) entwickelt und umgesetzt.Das Ziel des Forschungsprojekts µCrons ist es, eine Middleware für fle-xible, modulare, in Echtzeit rekonfigurier- und verteilbare mechatronischeKomponenten (als µCrons bezeichnet) zu entwickeln. Da heutige her-kömmliche zentral organisierte und starre Steuerungsstrukturen den neu-en Anforderungen kaum mehr gewachsen sind, soll ein Durchbruch zurRealisierung hochflexibler, ausfallsicherer („Zero Downtime“) Produktions-systeme erreicht werden.Während der ersten Projektphase wurde eine auf der Norm IEC 61499basierende Laufzeitumgebung für Micro-Controller mit beschränken Res-sourcen (CPU, Memory …) als Basis für die µCrons-Middleware entwickelt.Ein Hauptziel dieser Phase war es, ein Software-Design zu finden, das eineeinfache und leichte Portierung auf diverse Steuerungshardware erlaubt.Dies wurde durch den Hardware-Abstraction Layer in der Middlewareerreicht. Im Laufe der zweiten Projektphase wurde die µCrons-Middlewa-re durch ein deterministisches Abarbeitungsmodell für auf IEC 61499basierende Steuerungsanwendungen erweitert. Weiters wurde auch einentsprechender Engineeringansatz entwickelt, der es erlaubt Echtzeitbe-dingungen zu IEC 61499-Anwendungen hinzuzufügen. Zusätzlich sindsogenannte Rekonfigurations-Services implementiert worden, die eineOnline-Änderung von Steuerungssoftware in einem Netzwerk von ver-schiedenen Controllern ermöglicht.

FIT-IT 39

µCrons

FIT-IT EMBEDDED SYSTEMS

Produktion und Fertigung

40 FIT-IT

FIT-IT EMBEDDED SYSTEMS

Produktion und Fertigung

Infobox01.01.2003 – 31.12.2004www.mesactif.org

Koordinator:

PROFACTOR Produktionsforschungs GmbHwww.profactor.atMarkus GusenbauerIm Stadtgut A24407 Steyr/GleinkT: +43 (0) 7252 885 303M: markus.gusenbauer@profactor.at

Partner:

Anton Anger GmbHwww.anger.at Roland Haas

M-Tech GmbHwww.m-tech.atHermann Fröschl

Modular Embedded Systems for ACTive Intelligent Fixtures

Was passiert, wenn klassischer Maschinenbau und Komponenten revolu-tionärer Informationstechnologie zu einem modularen Werkstück-Positio-niersystem vereint werden? Man kann den gegensätzlichen Anforderun-gen entsprechen und hohe Dynamik, hohe Kräfte und höchste Präzisionerzielen!Das Ergebnis dieses Projekts ist ein hochdynamisches, mechatronischesWerkstück-Positioniersystem. Die Basis bilden, neben der verteilten Rege-lung, piezoelektrische Hochleistungs-Aktuatoren, die Bearbeitungsfehlerim sub-µm-Bereich ausgleichen und prozessbedingte Vibrationen bei übli-chen Bearbeitungskräften kompensieren. Auf diese Weise lassen sich nunkomplexe Konturen fertigen und dabei die Genauigkeit der Maschine umden Faktor 10 erhöhen.Auf Seiten der Aktuatorik werden neue Kombinationen von Regelungskon-zepten gemeinsam mit innovativen Ansätzen im Bereich der Aktuator-Lagerung entwickelt. Schließlich musste das Projektteam PROFACTORProduktionsforschungs GmbH gemeinsam mit den Firmenpartnern AntonAnger GmbH und M-Tech GmbH den extremen Anforderungen an Präzisi-on und Dynamik bei gleichzeitig hohen Bearbeitungskräften Rechnung tra-gen.Auch der Designprozess gestaltete sich anspruchvoll, um alle technischenAspekte zu integrieren: Wenn eine Konstruktion sehr leicht ausgelegt istwie in diesem Fall, dann verformt sie sich in sich selbst. Genau das darfaber nicht sein, noch dazu, wenn man auf Mikrometer genau positionierenmuss.Der Prototyp ist gegenwärtig ein 190x190x90 mm3 großer Bauteil, der sei-ne informationstechnischen, aktuatorischen und sensorischen Komponen-ten auf kleinstem Bauraum integriert hat. Dennoch ist es möglich in sechsFreiheitsgraden zu positionieren. In Summe sind 16 kleine Piezoaktuatorenauf engstem Raum enthalten. Das Ergebnis aus dem Projekt MESACTIFwird Herstellern von Werkzeugmaschinen mittel- und langfristig neueMärkte eröffnen: Fertigung neuer, innovativer Teile mit höchster Präzisionund gleichzeitig hohem Durchsatz.

MESACTIF

Device for mobile devices and embedded systems

Biometrische Lösungen zur Identifizierung von Personen habenmehrere entscheidende Vorteile in der sicheren und zuverlässi-gen Identifizierung von berechtigten Personen gegenüber per-sonenunabhängigen Erkennungsmerkmalen wie PIN oder Pas-swort. Merkmale wie Fingerabdruck, Iris oder Bewegungsab-lauf der Gesichtsmuskulatur sind einzigartig für jede Person.

Das Projekt der Partner NanoIdent und LIOS entwickelte ein„Photonic I/O Device“ für mobile, elektronische Anwendun-gen. Dies ist ein neuer, revolutionärer Ansatz zur biometrischenSicherung moderner, mobiler elektronischer Geräte, wie Mobil-telefone, PDAs oder Smart Cards gegen den Missbrauch durchnicht autorisierte Benutzer. Die kombinierte Eingabe/AusgabeFunktion (I/O) vereinfacht die Bedienung, verbessert denBenutzerkomfort und steigert die Akzeptanz durch den Benut-zer. Die Entwicklung des „Photonic I/O Devices“ wird durchdie Verwendung organischer Halbleitermaterialien ermöglicht,welche aufgrund ihrer für Halbleiter einzigartigen Materialei-genschaften nasschemisch z. B. mittels Drucktechnologie ver-arbeitet werden können.

Das „Photonic I/O Device“ von NANOIDENT schöpfte dieMöglichkeiten aus, welche sich durch diese neue organischeHalbleitertechnologie ergeben, und kombinierte• ein hochauflösendes Display, • einen Display-integrierten manipulationssicheren Fingerprint-

sensor, • einen Umgebungslichtsensor und • Touch-Screen Funktionalitätzu einer bedienerfreundlichen und gegen Missbrauch durchnicht autorisierte Benutzer geschützten Eingabe / AusgabeSchnittstelle eines mobilen elektronischen Geräts der nächstenGeneration. Durch die Kombination dieser verschiedenen Funk-tionalitäten wird der Bedienungskomfort mobiler Gerätewesentlich gesteigert.

Ultimatives Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines fürSmart Cards kompatiblen „Photonic I/O Devices“, welches dieIntegration wichtiger Sicherheits-, Touch Screen- und Display-funktionen auf einer Smart Card erlaubt.

FIT-IT 41

Photonic I/O

FIT-IT EMBEDDED SYSTEMS

Smart Cards

Infobox01.01.2005 – 31.12.2006

Koordinator:

NANOIDENT Technologies AGwww.nanoident.comFranz PadingerUntere Donaulände 21-254020 LinzT: +43 (0) 732 9024 0012M: franz.padinger@nanoident.com

Partner:

Linzer Institut für Organische Solarzellen(LIOS)www.lios.atN.S.Sariciftci

42 FIT-IT

Methodologies for Designing Power-Aware Smart Card Systems

Smart Cards sind kleinste Computersysteme mit geringenHardware-Ressourcen. Diese stellen trotz der Einschränkun-gen umfangreiche Funktionalität zur Verfügung. Neben dergeringen zulässigen Chipgröße ist auch die Leistungsaufnahmekritisch.Das Ziel dieses Projektes war die Entwicklung und Evaluierungeiner neuen Hardware/Software Codesign-Methodik für dasDesign von Smart Card-Systemen unter Berücksichtigung desStromverbrauchs, der Systemressourcen und der gefordertenRechenleistung. Die entwickelte HW/SW Codesign-Methodik führt abstraktePlattformen ein, um einen durchgängigen Entwurfsfluss zuerhalten. Jede abstrakte Plattform stellt spezielle Prozessele-mente und Kommunikations-elemente zur Verfügung. Auf-grund der Definition der Elemente können automatisierteTransformationsschritte innerhalb und zwischen Plattformenspezifiziert werden.Diese Methodik ermöglicht die Implementierung eines funktio-nalen Modells eines Systems basierend auf einer abstraktenPlattform und die Abbildung auf eine Plattform für Hardware-Architekturen. Durch die automatische Transformation zwi-schen den Plattformen können verschiedene Hardware-Archi-

tekturen evaluiert werden. Das Bild zeigt die Abstraktionspyra-mide mit den definierten Plattformen. An der Spitze steht dieIdee für ein System, an der Basis befinden sich die verschie-denen Realisierungen. Jede Plattform beschreibt einenbestimmten Abstraktionsbereich.Die Evaluierung der Methodik wurde Anhand der Entwicklungeiner Java Card durchgeführt. Um die Unabhängigkeit derMethodik von der Zielarchitektur zu evaluieren wurde einmaleine horizontale Architektur und einmal eine vertikale Lösungvorgegeben. Die horizontale Lösung beschreibt einen applikati-onsspezifischen Java-Prozessor und die vertikale Architektureine Multi-Prozessor Architektur mit einem Java Coprozessor.Die einzelnen Module werden dabei auf Komponenten der ver-tikalen Lösung oder auf eine Ebene in der horizontalen Lösungabgebildet.Dieses Projekt war der Startpunkt für eine Reihe weiterer Akti-vitäten. In einem Nachfolgeprojekt wird die Optimierung vonSoftware zur Glättung des Stromprofils untersucht. Innerhalbvon NXP wurde die entwickelte Methodik erfolgreich in einemersten Projekt umgesetzt und kommt nun in weiteren Projek-ten zum Einsatz.

PowerCard

FIT-IT EMBEDDED SYSTEMS

Smart Cards

Infobox01.01.2003 – 31.07.2005

Koordinator:

Technische Universität GrazInstitut für Technische Informatikwww.iti.tugraz.atChristian StegerInffeldgasse 16/18010 GrazT: +43 (0) 316 873 6407M: steger@iti.tugraz.at

Partner:

NXP Semiconductors Austria GmbH Styriawww.nxp.comAndreas Mühlberger

FIT-IT 43

Infobox01.04.2006 – 31.03.2008

Koordinator:

AeroSpy Kleinstflugzeuge GmbHwww.aerospy.atMichael NaderhirnHafenstr. 47-514020 LinzT: +43 (0) 650 9556535M: m.naderhirn@aerospy.at

Partner:

Institut für Design und Regelungmechatronischer Systemdesreg.jku.at/Engelbert Grünbacher

Institut für Kommunikations- undInformationstechnologiewww.icie.jku.at/Andreas Stelzer

Institut für Telekooperationtk.uni-linz.ac.at/Gabriele Kotsis

Alle:Johannes Kepler Universität Linzwww.jku.at

Sense and Avoid

Ziel des Projektes „Sense and Avoid“ ist die Entwicklung von Soft- und Hardware zurSteuerung eines unbemannten hochautonomen Luftfahrzeuges, kurz MUAV (MicroUnmanned Aerial Vehicle) genannt, welches im Stande ist während des Fluges einHindernis zu erkennen, automatisch auszuweichen und dabei aber ein vorgegebenesZiel oder eine Route einzuhalten bzw. wieder zu erreichen. Forschungsherausforde-rungen liegen dabei in einer leichtgewichtigen und energiesparenden Realisierungaller Komponenten sowie in der Erfüllung der durch die Fluggeschwindigkeit gegebe-nen Echtzeitanforderung an die Analyse- und Steuerungssoftware. So würde z.B.mehr Sensorik am MUAV die Verfahren der Hinderniserkennung beschleunigen,gleichzeitig aber das Gewicht und den Energieverbrauch erhöhen und damit die mög-liche Flugdauer verkürzen. Hier gilt es eine entsprechende optimale Lösung zu finden.Das Konsortium setzt sich zusammen aus der Firma AeroSpy Kleinstflugzeuge GmbHund drei Instituten der Johannes Kepler Universität Linz. Die Firma AeroSpy zeigt ver-antwortlich für Entwicklung der Online – Flugbahnplanung, die Evaluierung von ver-schiedenen Hardwarekomponenten und die Flugversuche. Das Institut für Kommuni-kations- und Informationstechnologie entwickelt in ihrem Arbeitspaket ein hochge-naues inertiales Messsystem (IMU) sowie die echtzeitfähige Software basierend aufstatistischen Filtern zur Navigation. Das Institut für Design und Regelung mechatroni-scher Systeme entwickelt die Regelung des MUAVs und das Institut für Telekoope-ration entwickelt die automatische Hinderniserkennung basierend auf digitaler Bild-verarbeitung.In der ersten Projektphase wurden ein hochgenaues Navigationssystem mit dazu-gehöriger Software, die Flugzeugregelung, Algorithmen zur automatischen Hinderni-serkennung und Algorithmen zur automatischen Flugbahnplanung entwickelt. Alleeinzelnen Teile werden nun am Testträger implementiert und in Flugversuchen gete-stet.Das Projekt bietet der Firma AeroSpy die Basis um einen hochautonomen Flugzeu-groboter zu entwickeln, mit welchem neue Marktsegmente erschlossen werden kön-nen. Die Hauptanwendungsgebiete werden in den Bereichen Aerial Imaging, 3D-Rekonstruktion sowie in der Überwachung von gefährdeter Infrastruktur liegen.

SenAv

FIT-IT EMBEDDED SYSTEMS

Ambient Intelligence

44 FIT-IT

Autarchic Ski

Ziel des Projekts ASKI ist die Entwicklung eines innovativenintegrierten Frameworks zur Modellierung der Energie- undKommunikationsflüsse in vernetzten Embedded Systems aufeinem Ski. Der Prototyp sollte folgende Kategorien von Funk-tionen zur Verfügung stellen: Datenerfassung (Sensorik),Datenspeicherung (z.B. On-Board Flash Speicher), Datenkom-munikation (über verschiedene Protokolle, z.B. DynastreamANT Protokoll), und Datenauswertung (off-line).Die technischen Herausforderungen des Projektes besteheneinerseits in der Erzeugung von ausreichenden Mengen anEnergie, um den Prototypen autark versorgen zu können, ande-rerseits in der Minimierung des Energiebedarfs der genanntenBasisfunktionalitäten des Prototypen.

Zur autarken Energieversorgung wurden von Salzburg Re-search verschiedene physikalische Phänomene auf ihre Nutz-barkeit beim Skifahren untersucht. Nach einer Recherche-Phase wurden folgende Energiegewinnungsmethoden als aus-sichtsreich bewertet und in den Prototypen mit eingebaut:• Energiegewinnung mit Piezo-Elementen• Induktive Energiegewinnung• Energiegewinnung mit Solarelementen

Für diese drei Methoden wurden Schaltungen zur Verwertungder Energie (inkl. Gleichrichtung und Spannungsanpassung fürLow-Power-Prozessoren) angefertigt und getestet.

Von Atomic wurden die energieerzeugenden Elemente und dieSchaltungen in Testskier integriert, um damit praktische Expe-rimente (Labor- und Feldversuche) durchführen zu können.Im Bereich der Sensortechnologien erfolgte eine Beschrän-kung auf passive Sensoren (ohne eigenen Energiebedarf). ImBereich der Kommunikationstechnologien führte SalzburgResearch zunächst eine State-of-the-Art Recherche über Ener-gieverbrauchsmodelle durch. Daraus konnten die Prozessmo-delle abgeleitet werden, die nun in das einheitliche Modellie-rungs-Framework integriert werden. In den praktischen Experi-menten mit dem Prototypen werden Messungen durchgeführt,mit deren Ergebnissen das Gesamtmodell validiert wird.

Mit der Hilfe dieses integrierten Modells kann schliesslich Atomic die verschiedenen Funktionalitäten auf ihre Realisier-barkeit in praktischen Produkten prüfen, und damit die Mög-lichkeiten der Weiterentwicklung des Prototypen in RichtungProduktumsetzung evaluieren.

ASKI

FIT-IT EMBEDDED SYSTEMS

Ambient Intelligence

Infobox01.03.2005 – 31.05.2007aski.salzburgresearch.at

Koordinator:

Salzburg Research Forschungsgesellschaft m.b.H.www.salzburgresearch.atUlrich HofmannJakob Haringer.Str. 5/III,5020 SalzburgT: +43 (0) 662 2288 441M: ulrich.hofmann@salzburgresearch.at

Partner:

Atomic Austria G.m.b.H.www.atomicsnow.comHelmut Holzer

Wearable Autonomous Displays

FIT-IT 45

SPECTACLES

Infobox01.02.2005 – 30.09.2007

Koordinator:

Johannes Kepler Universität LinzInstitut für Pervasive Computingpervasive.jku.atAlois FerschaAltenberger Straße 694040 LinzT: +43 (0) 732 2468 - 8556M: ferscha@soft.uni-linz.ac.at

Partner:

Universität SalzburgDepartment of Computer Scienceswww.cosy.sbg.ac.atAndreas Uhl

Silhouette Schmied International AGwww.silhouette.comSiegfried Huber

SPECTACLES verfolgt einen frameworkbasierten Entwicklungsansatz füreingebettete Multimediasysteme die in Gebrauchsgegenstände integriertwerden können. Die spezielle Herausforderung liegt in der wahlfreienAssemblierung („Baukastensystem“) von Sensorik (Accelerometer, Vital-kontext, Umweltsensoren), standardisierten Kommunkationssystemen(GSM, WiFi, BT, ZigBee) und optischer Durchsichttechnologien (See-through Systems) bei gleichzeitiger softwaretechnischer Integration(„Komponententechnologie“).

Die zugrundegelegte Softwarearchitektur ermöglicht die Konfiguration desSystems zur Laufzeit und die flexible Kommunikation und Synchronisationeinzelner Systemkomponenten über einen effizienten Koordinationsme-chanismus, der als eine Erweiterung des Tuple-Space-Konzepts für einge-bettete Kontrollsysteme entwickelt wurde. Die installierten Subsystemetauschen sich über diesen Mechanismus über ihre Zustände aus, stellenAnforderungen an Hardwarerebausteine, die zur Optimierung des Strom-verbrauchs nur bei Bedarf über Ressourcengraphen aktiviert werden, undkommunizieren über einen standardisierten Mechanismus über unter-schiedliche Protokolle mit der Aussenwelt. Der Einsatz einer miniaturisier-ten ARM-Plattform mit embedded Linux (PXA271 Core-Modul mit Kernel2.6.17.1) und einer mächtigen graph-orientierten Entwicklungsumgebung(OpenEmbedded) ermöglicht die Unterstützung unterschiedlichster Medi-en und Protokolle, so können nahtlos HTML-formatierter Content, Bilder,Video (z.B. MPEG4, H.263, Life-Streams von Handy-Diensten) dargestelltwerden, oder mobil generierte Inhalte wie SMS und MMS. Die Integrationeines miniaturisierten Kameramoduls ermöglicht die Analyse visueller Ein-drücke. Eine Komponente für ein markerbasiertes Augmented-RealitySystem nimmt das primäre Sichtfeld des Benutzers auf und wertet es nachoptischen Markern (ähnlich Barcodes) durchsucht. Diese identifizierenObjekte eindeutig und geben Aufschluss über deren Lage, wodurch geo-metrisch korrekt mit dem Objekt verbundene Information aus dem Internetabgerufen und angezeigt wird.

Zur Interaktion mit der Brille – es ist im Normalfall keine Tastatur verfügbar– wurde eine alternative Interaktionsmöglichkeit entwickelt: Mittels Erken-nung von Kopfbewegungen (über accelerometerbasierte Gestenerken-nung) wurde eine Eingabemöglichkeit ohne externe Hilfsmittel realisiert –ein einfaches Kopfnicken oder Schütteln ermöglicht spontane Reaktionen,ein weiterführendes Gestenalphabet ermöglichen die komplexere Interak-tion. Das zur Anzeige notwendige Subsystem, bestehend aus Mikrodisplayund Optik-Elementen war eine interdisziplinäre Herausforderung, die durcheinen innovativen Lösungsansatz auf allen Ebenen (Optik, Elektronik, Soft-ware-Ansteuerung) gemeistert wurde.

FIT-IT EMBEDDED SYSTEMS

Ambient Intelligence

46 FIT-IT

Semantische Systeme und Dienste umfassen eine Reihe aktueller, ineinander greifender The-men gegenwärtiger Forschung auf dem Gebiet der IKT. Innovative semantische Technologienunterstützen neue Formen der Zusammenarbeit zwischen Informationssystemen, die nicht bloßaufgrund syntaktisch zusammengefügter Elemente sondern mit Blick auf die semantischeBedeutung der Information erfolgt. Derartige Systeme unterstützen eine inhaltsorientierte Sucheund erlauben eine vereinfachte Zusammenarbeit komplexer webbasierter Dienste sowohl imHinblick auf menschliche Interaktion als auch zur Unterstützung der automatisierten Zusam-menarbeit zwischen Computersystemen.

FIT-IT Semantic Systems and Services setzt sich zum Ziel, technologische Voraussetzungen zuschaffen, um die Interaktion Mensch – Computer und zwischen Informationssystemen radikal zuvereinfachen.

Das Themenfeld ist in Österreich stark besetzt. Neben führenden und international angesehe-nen Instituten der Grundlagenforschung verfügt Österreich auch über anwendungsorientiertesFachwissen in Kompetenzzentren, und neben einigen größeren Unternehmen sind auch kleine-re und mittlere Unternehmen aktiv, z.B. forschungsnahe Spin-offs.

Die bisher geförderten Projekte können in die folgenden Kategorien eingeordnet werden:

> Organisation und Erschließung unstrukturierter Daten

> Integration verteilter Informationsbestände

> Mensch-Maschine-Interaktion

> Automatisierung von Informationsprozessen

FIT-IT

Semantic Systems and Services

FIT-IT 47

48 FIT-IT

Know It All and Know It Right: High Quality Knowledge Mining in the Web

Unsere Wirtschaft erzeugt ungeheure Mengen an sich schnell ändernden Produkt-und Serviceangeboten. Kunden, die gelernt haben, das Internet effizient einzusetzenund die ausreichend fachliches Wissen besitzen, können von diesem Angebot profi-tieren. Der durchschnittliche Kunde ist aber von der unüberschaubaren Vielzahl anAlternativen überwältigt, was zu falschen Entscheidungen, Zeitverschwendung undletztlich Frustration führt. Wissensbasierte Systeme werden daher eingesetzt, umden Kunden bei der Auswahl von Produkten und Services zu beraten und um Ent-scheidungsprozesse in einer komplexen und schnelllebigen Welt zu vereinfachen.Jedoch ist die effiziente Akquisition und Wartung der Wissensbasen aufgrund einessich rasch ändernden Umfeldes ein Schlüsselproblem, das für die Anwendung vonsemantischen Systemen gelöst werden muss. Nur wenn diese Herausforderunggemeistert werden kann, ist eine breite Anwendung von wissensbasierten Systemenmöglich.Das Ziel von AllRight ist die Nutzung von Informationen, die im Web vorhanden sind,so dass die Akquisition und Wartung der Wissensbasen möglichst automatisiert wird.Typischerweise ist diese Information im Web in Form von semi-strukturierten Doku-menten gespeichert, die Tabellen, Aufzählungen sowie natürlichsprachige Texte bein-halten. Die Aufgabe einer automatischen Wissensakquisition ist die Transformationdieser semi-strukturierten Daten in strukturierte Beschreibungen von Konzepten, dievon einem wissensbasierten System verarbeitet werden können. Basierend auf einergenerellen Beschreibung eines Konzeptes (z.B. der Definition einer Digitalkamera) fin-det AllRight Instanzen dieses Konzeptes (z.B. alle Digitalkameras aller Hersteller),deren Spezifikation sowie deren Beziehungen zu anderen Instanzen (wie z.B. pas-sendes Zubehör). Dazu wurden neue Verfahren in den Bereichen Web mining, Infor-mationsgewinnung und maschinelles Lernen entwickelt und durch statistischeMethoden erweitert. Weiters wurde darauf geachtet, dass die Akquisition von neuenWissensbasen mit geringem Aufwand erfolgen kann.Anhand einer prototypischen Realisierung der theoretisch entwickelten Konzepte undeiner Evaluierung an verschiedenen Produktdomänen wurde die Tragfähigkeit desAnsatzes gezeigt. Für die wirtschaftliche Anwendung scheint etwa der Markt für wis-sensbasierte Kundenberatungssysteme besonders interessant.

AllRight

FIT-IT SEMANTIC SYSTEMS AND SERVICES

Organisation und Erschließung unstrukturierter Daten

Infobox01.01.2005 – 31.07.2007

Koordinator:

Universität KlagenfurtInstitut für Wirtschaftsinformatikund Anwendungssystemewww.ifi.uni-klu.ac.atGerhard FriedrichUniversitätsstraße 659201 KlagenfurtT: +43 (0) 463 2700 3752M: gerhard.friedrich@ifit.uni-klu.ac.at

Partner:

ConfigWorks Informationssysteme& Consulting GmbHwww.configworks.com Dietmar Jannach

Lixto Software GmbHwww.lixto.comGlibert Hödl

Technische Universität WienInstitut für Informationssystemewww.dbai.tuwien.ac.atGeorg Gottlob

FIT-IT 49

Methodik zur Erstellung dynamischer Ontologien

Für die virtuelle Zusammenarbeit von Wissensarbeitern spielt die Herstel-lung eines expliziten Verständnisses von geteilten Informationen einegroße Rolle. Dieser Prozess kann durch die kontinuierliche Weiterentwick-lung eines gemeinsamen, dynamischen Wissensmodells (Ontologie) maß-geblich unterstützt werden. Die dynamische Veränderbarkeit von Wissens-modellen ist dabei sowohl für die menschliche Kommunikation als auch fürden Einsatz von Ontologien in Software-Anwendungen von Bedeutung.DynamOnt entwickelt eine Methodik mit der die Erstellung derartigerOntologien unterstützt wird.Zur Erstellung und dynamischen Weiterentwicklung von Ontologien wirdauf das bestehende, sehr heterogene Wissen in Organisationen zurückge-griffen. Existierendes Wissen in Form von Glossaren, Terminologien undThesauri einzubinden und je nach Bedarf in Ontologien zu formalisieren istdie größte Herausforderung des Projektes DynamOnt. Weiters müssensich die erstellten Ontologien im Lauf der Zeit ohne permanente Unter-stützung durch IT-Experten dynamisch adaptieren lassen. Schließlich wer-den sogenannte „top-level“-Ontologien benötigt, um in Netzen von Onto-logien navigieren und diese miteinander verbinden zu können. Diese Pro-bleme stellen eine große Herausforderung für die gesamte „SemanticWeb“ Vision dar.Das Forschungsprojekt DynamOnt modelliert den für diese Problemstel-lung erforderlichen Prozess (siehe das Prozessmodell im Überblick) undstellt für jeden Prozessschritt unterstützende Methoden und Software-

Werkzeuge zur Verfü-gung. Insbesondere wirddadurch die kollaborative(gemeinschaftliche) Ent-wicklung interdisziplinä-rer Wissensstrukturensowie die Formalisierungderartiger Strukturen mitHilfe von fundamentalenOntologien wie etwaDOLCE erleichtert.Gleichzeitig wird ein bes-seres Zusammenwirkenvon Ontologien und Ter-minologien bzw. lexikali-schen Ressourcen wieWordNet angestrebt. Einweiteres wichtiges The-ma des Projektes ist dieUntersuchung vons p r a c h a b h ä n g i g e nModellierungserforder-nissen, insbesondere fürdie deutsche Sprache.

DynamOnt

FIT-IT SEMANTIC SYSTEMS AND SERVICES

Organisation und Erschließung unstrukturierter Daten

Infobox01.01.2005 – 30.06.2007

Koordinator:

Salzburg Research Forschungsgesellschaft m.b.H.www.salzburgresearch.atAndreas GruberJakob Haringer Straße 5/III5020 SalzburgT: +43 (0) 662 2288 244M: andreas.gruber@salzburgresearch.at

Partner:

Factline Webservices GmbHwww.factline.comMax Harnoncourt

ProCom-Strasserwww.procom-strasser.comWerner Strasser

Universität WienZentrum für Translationswissenschaft, www.univie.ac.at/transvienna/Gerhard Budin

Technische Universität WienInstitut für Softwaretechnik und Interaktive Systeme, www.ifs.tuwien.ac.atEdgar Weippl

Uni Linz, FAW – Institut für Anwendungsorientierte Wissensverarbeitungwww.faw.uni-linz.ac.atJürgen Palkoska

Infobox01.03.2006 – 29.02.2008

Koordinator:

Salzburg Research Forschungsgesellschaft m.b.H.www.salzburgresearch.atTobias BürgerJakob Haringer Straße 5/III5020 SalzburgT: +43 (0) 662 2288 406M: tobias.buerger@salzburgresearch.at

Partner:

UMA Information Technology Gmbhwww.uma.atDaniel Dögl

Universität InnsbruckDigital Enterprise Research Institute(DERI)www.deri.atIoan Toma

50 FIT-IT

Grid Semantics, Semantic Web Service and Intelligent Objects

GRISINO verbindet Grid Computing mit semantisch angereicherten Web-Diensten und intelligenten Inhaltsobjekten. Dazu werden drei ursprünglichkomplementäre Technologien für die Definition und Ausführung von intelli-genten und dynamischen Geschäftsprozessen kombiniert: 1) SemantischeWeb-Dienste (Semantic Webservices, SWS), der künftige Standard für alleWeb-basierten semantischen Prozesse; 2) Knowledge Content Objects,eine intelligente „Ummantelung“ digitaler Objekte mit Zusatzinformatio-nen zum Objekt; 3) Grid Computing, das Lösungen für rechenintensiveOperationen durch „virtuelle“ Supercomputer bereitstellt. Diese drei Technologien werden in einer neuartigen Testumgebunggemeinsam verwendet, um das experimentelle Erforschen von komplexenProzessen und Objekten (z.B. semantisch annotierte multimedialeGeschäftsobjekte) zu ermöglichen. GRISINO hat dabei die folgenden fun-damentalen Forschungsfragen zu beantworten:• Wie können SWS wissensbasierten Inhalt verstehen bzw. verarbeiten,

um „intelligente Prozesse“ zu unterstützen und zu ermöglichen?• Wie können wissensbasierte Inhalteobjekte (sg. Knowledge Content

Objects) spezifiziert werden, damit sie mit Web-Diensten kompatibelwerden und in neuen Umgebungen eingesetzt werden können?

• Wie können semantische Webdienste, die KCOs kennen, und intelligen-te Objekte, die SWS kennen, in Grid-Computing-Infrastrukturen integriertwerden?

Das Ergebnis von GRISINO wird ein experimenteller Software-Prototypeiner Web-Infrastruktur sein. Diese Infrastruktur soll die Kooperation vonMenschen und Maschinen im World Wide Web wesentlich verbessern,indem Software-Prozesse flexibler und fehlertoleranter werden.GRISINO entwickelt eine systemische Innovation, mit der Geschäftsabläu-fe effizienter gesteuert werden können. Weil sich auch der Wettbewerb imTechnologiesektor der „intelligenten Medien“ zunehmend verschärft, istes ein Ziel von GRISINO die zugrundeliegenden Zukunftstechnologiennachhaltig zu beherrschen und der Industrie näher zu bringen.

GRISINO

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Organisation und Erschließung unstrukturierter Daten

FIT-IT 51

Open Ontology Environment for Semantic Web-based e-Commerce

Ohne Zweifel ist das Web für viele Branchen einer der wichtigsten Ver-triebskanäle. Dabei ist die Suche nach geeigneten Angeboten einer derwichtigsten Schritte. Leider eignen sich konventionelle Suchmaschinennicht zufriedenstellend dazu, Produkte und Dienstleistungen zu finden.Das hat mehrere Gründe. Erstens erfordert die Beschreibung von Produk-ten einen hohen Grad an Details. Zum Beispiel wollen Nutzer nicht nurnach groben Kategorien („Mobiltelefon“, „Wäschetrockner“,…) suchen,sondern ihre Suchanfrage meist auch durch gewünschte Produktattributeweiter präzisieren (z.B. ein Fernsehgerät suchen, das weniger als 3 kgwiegt und sowohl mit 12 als auch 220 Volt betrieben werden kann). Zwei-tens werden meistens mehrere natürliche Sprachen verwendet, zum Bei-spiel Deutsch und Englisch. Außerdem bereiten typische Hürden text-basierter Suche größere Schwierigkeiten, zum Beispiel Synonyme undHomonyme. Drittens können Produkte hinsichtlich verschiedener Perspek-tiven beschrieben und gesucht werden.

Diese Beschreibungskomplexität zusammen mit der wirtschaftlichenBedeutung macht die Suche nach Produkten und Dienstleistungen zueinem vielversprechenden Anwendungsszenario von Semantic-Web-Tech-nologie, insbesondere von Ontologien. Ein zentrales Problem für semanti-sche E-Commerce-Lösungen ist jedoch das Fehlen hochwertiger, insbe-sondere aktueller Ontologien für Produkte und Dienstleistungen. Quantita-tive Analysen haben außerdem gezeigt, dass die ingenieursmäßige Kon-struktion solcher Ontologien wegen fortwährender Produktinnovation zulangsam sein könnte. Grundsätzlich besteht derzeit meist ein Mangel anKommunikation zwischen der kleinen Gruppe der Entwickler einer Ontolo-gie und der größeren Nutzer-Community.Im Projekt „MyOntology“ wird die Infrastruktur und Kultur von Wikis ver-wendet, um eine Arbeitsumgebung für die Entwicklung von Ontologien zuschaffen, die die wirklich kollaborative, Community-getragene Pflege vonOntologien für Produkte und Dienstleistungen ermöglicht. Dies wird durcheinen standardisierten Rahmen für die Ontologie-gestützte Beschreibungvon Produkten und Dienstleistungen ergänzt.

MyOntology

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Organisation und Erschließung unstrukturierter Daten

Infobox01.10.2006 – 30.09.2008

Koordinator:

Universität InnsbruckDigital Enterprise Research Institute(DERI)www.deri.atMartin HeppKatharina SiorpaesTechnikerstraße 21a6020 InnsbruckT: +43 (0) 512 507 6465M: martin.hepp@uibk.ac.at

Partner:

Siemens AG Österreichwww.siemens.atRobert KindermannWerner MerlingenGerhard Kraus

AUSTRIAPRO Förderung des elektron. Datenaus-tausches, in Kooperation mit der WKOwww.austriapro.atChristian Siegfried Boser

System One – Gesellschaft für technologieunterstützte Kommunikationsprozesse mbHwww.systemone.atBruno HaidRoland Kofler

Smart Information Systems GmbHwww.smart-infosys.comMarkus LinderMartin Schliefnig

52 FIT-IT

Next Generation Web Wrapper Technologies

Dieses FIT-IT Projekt zielt auf wesentliche technologische Ver-besserungen im Bereich der strukturierten Webdatenextrakti-on und –kommentierung ab. Firmen, die in globalen und ver-netzten Märkten arbeiten, sind täglich mit dem Problem kon-frontiert, wie Fakten, die in Webportalen zu finden sind, in Fir-men-Datenbanken automatisiert verarbeitet werden können,u.a. in geschäftskritischen Bereichen wie Einkauf, Qualitätssi-cherung und Marktbeobachtung. In diesem Projekt werden fol-gende Aspekte realisiert:Im Bereich der visuellen Datenextraktion aus wenig struktu-rierten Dokument-Formaten (z.B. PDF, 3270) entwickelt NEXT-WRAP Segmentierungstechniken, um zunächst eine Taxono-mie von Dokumentobjekten (wie Spalten oder Tabellen) aufzu-bauen. Basierend darauf wird eine Ontologie generiert, die ver-schiedene Arten von Beziehungen zwischen diesen Objektenerstellt und darüber schlussfolgert. Anders als existierendeKonvertoren versteht dieser Ansatz die Struktur eines Doku-ments und erhält nicht nur die Präsentation. Das System kannbasierend auf einem markierten Beispielelement durch Unter-suchung der Ähnlichkeit von Teilgraphen der Ontologie Verall-gemeinerungen treffen und so ähnliche Instanzen finden.Zur Erforschung des Zusammenspiels von visueller Datenex-traktion und ontologischen Wissensbasen untersucht das Pro-jekt Abbildungstechniken von XML nach RDF, insbesondere imRahmen von Beispielszenarien aus der Praxis. Vor der Phaseder Definition der Datenextraktion wurde ein neuer Schritt derModellerstellung eingeführt, und visuelle Abbildungen von die-sem Modell auf Formate wie RDF und relationale Datenbankenwerden prototypisch implementiert.

Um die Robustheit der Datenextraktion zu erhöhen und auto-matische Reparatur auf HTML-Baumstrukturen zu ermögli-chen, wurde eine Menge von Anwendungsfällen und automa-tischen Tests zusammengestellt. Dabei werden Schema-Abstimmungstechniken und AI-Heuristiken verwendet.Eine neuartige Benutzerschnittstelle wird entworfen, die web-basierte Generierung von Wrappern unterstützt und auch fürLaien verwendbar ist. Sie basiert auf einer Ontologie, die vonder Community gemeinsam erstellt und gewartet werden soll.Ein prototypisches System „htmlButler“ wurde entworfen –htmlButler erlaubt die Erstellung von Wrappern auf einzelnenSeiten durch Klicken auf Beispielelemente, die vom Systemanalysiert und tokenisiert werden.

NEXTWRAP

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Organisation und Erschließung unstrukturierter Daten

Infobox01.01.2005 – 31.03.2007

Koordinator:

Technische Universität WienArbeitsgruppe für Datenbanken und AIwww.dbai.tuwien.ac.atReinhard PichlerFavoritenstr. 9-111040 WienTel: +43 (0) 1 58801 - 18403M: pichler@dbai.tuwien.ac.at

Partner:

Technische Universität GrazInstitut für Softwaretechnologiewww.ist.tugraz.atWolfgang Slany

Lixto Software GmbHwww.lixto.comGilbert Hödl

FIT-IT 53

Semantic-based Encrypted XML Document Processing

SemCrypt

FIT-IT SEMANTIC SYSTEMS AND SERVICES

Organisation und Erschließung unstrukturierter Daten

Infobox01.01.2005 – 30.06.2007

Koordinator:

Johannes Kepler Universität LinzInstitut für Wirtschaftsinformatik – Data & Knowledge Engineeringwww.dke.jku.atMichael SchreflAltenberger Strasse 694040 LinzT: +43 (0) 732 2468 9479M: schrefl@dke.uni-linz.ac.at

Partner:

ec3 – Electronic Commerce Competence Centerwww.ec3.atJürgen Dorn

EC3 Networks GmbHwww.ec3networks.atChristian Hammer

Das Übertragen von IT-Diensten an externe Dienstleister gewinnt immermehr an Bedeutung, da Spezialisierung zu Qualitätsverbesserungenbeiträgt und die Kosten zur Bereitstellung der Dienste reduziert. Ein wich-tiger IT-Dienst ist das Verwalten eines Datenspeichers, in welchem Perso-nen oder Unternehmen Daten ablegen und diese abfragen und ändern kön-nen, ohne sich um die Verwaltung des Datenspeichers sorgen zu müssen.Werden sensible Daten in einem solchen externen Datenspeicher abge-legt, muss der so genannte Storage Provider diese vor unbefugtem Zugriffvon außen und von Seiten seines Personals schützen. Momentan kann erdiesen Schutz nur durch vertragliche Vereinbarungen zusichern. DieEigentümer der Daten müssen darauf vertrauen, dass der Storage Providerdie Vereinbarungen einhält und die Daten nicht missbräuchlich verwendet.Im Projekt SemCrypt – Querying and Updating of Encrypted XML, wurdenneue Verfahren entwickelt, um sichere externe Datenspeicher zu realisie-ren, welche effizient abgefragt und geändert werden können. Den Schutzder Daten vor unbefugtem Zugriff gewährleistet SemCrypt, indem der Sto-rage Provider lediglich mit verschlüsselten Daten arbeitet. Ver- und Ent-schlüsselung zum Abfragen und Ändern von Daten erfolgen nicht amexternen Datenspeicher, sondern innerhalb eines vertrauenswürdigenBereichs bei den Eigentümern der Daten. SemCrypt arbeitet mit Daten,welche im XML Format beschrieben sind. XML Dokumente beinhaltenneben den Daten selbst auch Informationen über die Struktur der Daten.Zur Verarbeitung von Abfragen wurden Techniken entwickelt, welche dieStrukturinformationen integrieren und mit speziellen sicheren Zugriffs-strukturen kombinieren. Sie ermöglichen den gezielten Zugriff auf ver-schlüsselte Daten, ohne eine zeitaufwändige Entschlüsselung des gesam-ten Datenbestandes durchführen zu müssen.In manchen Anwendungen sind zusätzliche Verfahren notwendig, umsicherzustellen, dass jede Person nur auf jenen Teil der Daten zugreifenkann, für welchen sie auch wirklich zugriffsberechtigt ist. Derartige Verfah-ren wurden ebenfalls im Rahmen des Projekts entwickelt.Die breite Anwendbarkeit von SemCrypt und der Wegfall des Sicherheits-risikos „Storage Provider“ werden die Akzeptanz von externen Datenspei-chern erhöhen.

54 FIT-IT

Die Organisation und Interaktion zwischen dem Benutzer unddigitalen Datenbeständen ist heute durch das hierarchischeDateisystem geprägt. Längst erfordert die stetig größer wer-dende Datenmenge neue Paradigmen zur Dateiorganisation.Um dem Menschen den Umgang mit digitalen Informationenzu erleichtern, sollten sich diese neuen Ansätze an der Arbeits-weise, der Gedächtnisleistung und dem Erinnerungsvermögendes menschlichen Gehirnes orientieren.

Das Ziel des Projekts ist die Erforschung von Basistechnologi-en, die als Grundlage für die Entwicklung semantischer Daten-verwaltungssysteme dienen: anstatt simple Information überdigitale Objekte (z.B. einfache Dateiattribute) abzulegen, wirdbeschreibendes Wissen über diese Objekte verarbeitet.

Semantische Systeme sind in der Lage, komplexe Attribute,mehrdimensionale Klassifizierungsschemata und insbesondereBeziehungen zwischen Daten, Zeit, Ort, Benutzern undAnwendungen zu verarbeiten – eben Wissen, das digitaleObjekte in einen intelligenten Kontext setzt. SemDAV erweitertdas etablierte WebDAV-Protokoll und bietet einen plattformü-bergreifenden Mechanismus zum Austausch von Inhalten unddamit assoziierten Kontextdaten.

Parallel zur Spezifikation des Protokolls werden zwei Prototy-pen entwickelt. Einerseits dient eine serverseitige Referenzim-plementierung zur Demonstration des gewählten Ansatzes.Teil dieser Serversoftware werden intelligente Methoden zurGewinnung von beschreibenden Daten aus verschiedenenQuellen sein. Das Such- und Navigationsverhalten des Benut-zers wird ebenso analysiert wie die abgelegten Inhalte oder diemanuell hinzugefügten Beschreibungen.

Andererseits wird eine Benutzeroberfläche entwickelt, dieMethoden zur effizienten Darstellung des Metadaten¬bestan-des demonstriert und den Benutzer bei der Suche und Naviga-tion durch die Datenbestände unterstützt.

Langfristig könnten SemDAV-basierte Produkte Datenspeicherfür unstrukturierte Inhalte, wie gemeinsame Dateiserver oderprivate Datenverzeichnisse, ersetzen. SemDAV wird neueWege aufzeigen, wie Benutzer und Applikationen mit Datenund Dateisystemen interagieren, und kann als Basistechnolo-gie für intelligentes Informationsmanagement dienen.

Semantische Erweiterung des WebDAV-Protokolls

SemDAV

FIT-IT SEMANTIC SYSTEMS AND SERVICES

Organisation und Erschließung unstrukturierter Daten

Infobox01.11.2006 – 31.10.2008

Koordinator:

Universität WienInstitut für Informatik und Wirtschaftsinformatikwww.cs.univie.ac.atBernhard SchandlLiebiggasse 4/3-41010 WienTel: +43 (0) 1 4277 39621M: bernhard.schandl@univie.ac.at

Partner:

ARC Seibersdorf research GmbHwww.seibersdorf-research.atRoss King

P.Solutionswww.psolutions.atBrigitte Rauter

FIT-IT 55

Informationsdiffusion zwischen Interaktiven Online-Medien

Jüngste Fortschritte im Bereich kollaborativer Web-Technologien sinddurch starke Netzwerkeffekte und die Nutzung kollektiver Intelligenzgekennzeichnet. Individuelle Benutzeraktivitäten und algorithmischesDatenmanagement spielen dabei eine besondere Rolle. Kollaborative Web-Technologien fördern die Verbreitung von Information durch Web Sites,Blogs, Wiki-Anwendungen und direkte Kommunikation zwischen Mitglie-dern von Online-Gemeinschaften. Das IDIOM Projekt zielt darauf ab, virtu-elle Kooperationen mittels einer service-orientierten Architektur zu unter-stützen und zu analysieren. Diese Architektur umfasst ontologie-basierteWerkzeuge um kontextualisierte Informationsräume zu erstellen und zubetreiben, Data Mining Komponenten um Interaktionsmuster und die Dif-fusion von Inhalten zu analysieren, sowie visuelle Schnittstellen, die es denBenutzern ermöglichen, jederzeit und mit geringem Aufwand zwischensemantischen und geographischen Topologien zu wechseln. Darüber hin-aus entwickelt IDIOM Wissensplaneten auf Basis von Geo-Browsern wieNASA World Wind oder Google Earth, um den Zugang zu semantischenDiensten auf intuitive Weise zu ermöglichen.

Die Sprachwissenschaft definiert „Idiom“ als zusammengesetzten Aus-druck, dessen Sinngehalt nicht aus der Bedeutung einzelner Wörter resul-tiert. Analog dazu verspricht die Analyse von Informationsdiffusion in elek-tronischen Netzwerken Erkenntnisse, die nicht aus einzelnen Elementendieser Netzwerke ableitbar sind. Trotz zunehmender Forschungsaktivitätenin diesem Bereich ist das „Web 2.0“ nach wie vor durch Prototypen undMash-ups gekennzeichnet. Gleichzeitig lassen viele Projekte auf denGebieten der Medienbeobachtung und des Wissensmanagements geeig-nete analytische Rahmenkonzepte vermissen, konzentrieren sich auf eineinziges Medium, oder vernachlässigen die duale Rolle von Benutzern alsKonsumenten und Produzenten von Inhalten. IDIOM adressiert dieseSchwachstellen, um grundlegende Mechanismen der Informationsdiffusi-on in Medien unterschiedlicher Interaktivität und deren Auswirkung auföffentliche Meinungsbildungsprozesse zu erfassen und modellhaft zubeschreiben. Zu den wichtigsten Erfolgsfaktoren von IDIOM zählen dieinnovative Nutzung von geographischen Technologien und deren effektiveIntegration mit semantischen Diensten.

IDIOM

FIT-IT SEMANTIC SYSTEMS AND SERVICES

Integration verteilter Informationsbestände

Infobox01.11.2006 – 31.10.2008www.idiom.at

Koordinator:

Technische Universität GrazInstitut für Wissensmanagementkmi.tugraz.atArno ScharlInffeldgasse 21a8010 GrazTel: +43 (0) 316 8739257 M: scharl@tugraz.at

Partner:

Wirtschaftsuniversität WienForschungsinstitut für RechenintensiveMethodenwww.ai.wu-wien.ac.atWolfgang Panny

Wirtschaftsuniversität WienInstitut für Tourismus und Freizeitwirtschafttourismus.wu-wien.ac.atJosef Mazanec

Gentics Software GmbHwww.gentics.comHaymo Meran

Prisma Solutions EDV Dienstleistungen GmbHwww.prisma-solutions.at Stefan Kollarits

Austria.info Systems GmbHwww.austria.infoMarkus Gratzer

Infobox01.01.2006 – 31.12.2007

Koordinator:

Technische Universität WienBusiness Informatics Group (BIG)www.big.tuwien.ac.atGerti KappelFavoritenstraße 9-11/188-41040 WienT: +43 (0) 1 58801 - 18804M: gerti@big.tuwien.ac.at

Partner:

Johannes Kepler Universität Linzwww.ifs.uni-linz.ac.atW. RetschitzeggerW. Schwinger

ARIKAN Productivity Group GmbHwww.arikan.atMustafa Arikan

Bundesministerium für Landesverteidigungwww.bundesheer.at

56 FIT-IT

Eine semantische Infrastruktur zur modellbasierten Werkzeugintegration

In der Softwareentwicklung werden immer mehr Entwicklungsaufgabenauf der Basis von Modellen durchgeführt. Eine Reihe von Werkzeugenunterstützten dabei Aufgaben wie z.B. Modellierung, Simulation, Model-prüfung und Code-Generierung. Der reibungslose Austausch von Modellenzwischen unterschiedlichen Werkzeugen ist dabei eine wichtige Voraus-setzung für einen effektiven Softwareentwicklungsprozess. Aufgrund man-gelnder Interoperabilität ist es allerdings oft zu aufwendig, unterschiedlicheWerkzeuge zu kombinieren, und so bleibt das Potential der modell-getriebenen Softwareentwicklung zum Teil ungenützt – solange es keinenpraktikablen Weg zur Werkzeugintegration gibt.Im Projekt ModelCVS wird eine semantische Infrastruktur zur modellba-sierten Werkzeugintegration entwickelt, die es erlaubt Modelle einesWerkzeugs in Modelle eines anderen Werkzeugs zu überführen. Die Inte-gration erfolgt dabei über die Metamodelle der von den Werkzeugen ver-wendeten Modellierungssprachen, auf Basis derer die Transformationender konkreten Modelle automatisch abgeleitet werden. Die Hauptinnova-tionen des Projekts sind Entwurfsmuster für skalierbare Modellintegrationsowie eine Sprache zur Integration der Metamodelle, die ausdrucksstärke-re Konzepte zur Verfügung stellt als derzeitige Modelltransformationsspra-chen. Des Weiteren werden Ontologien entwickelt und angewendet, umden manuellen Aufwand der Integration von Metamodellen zu reduzieren.Das dabei entstehende Wissen über Modellierungssprachen und derenIntegration wird in einer offenen Wissensbasis gesammelt und über diesesProjekt hinausgehend zur Wiederverwendung zur Verfügung gestellt. ImRahmen des Projekts wird ein funktionsnachweisender Prototyp ent-wickelt und an Hand einerFallstudie aus der Industrie,die dabei entwickelten Kon-zepte überprüft. Dieser Pro-totyp stellt eine lose gekop-pelte Integrationinfrastruk-tur zur Verfügung, die einetransparente Übersetzungund Versionierung (ähnlicheinem CVS – ConcurrentVersions System) vonModellen unterschiedlicherWerkzeuge erlaubt unddabei insbesondere die rei-che Syntax und Semantikder Modelle miteinbezieht.

ModelCVS

FIT-IT SEMANTIC SYSTEMS AND SERVICES

Integration verteilter Informationsbestände

FIT-IT 57

Triple Space Computing

Moderne IT-Systeme sind meist modular aufgebaut, bestehen also aus ein-zelnen Komponenten, welche miteinander Daten und Kontrollinformationaustauschen müssen, um die Gesamtfunktionalität zu erreichen. Dazu wer-den heutzutage meist nachrichtenbasierte Technologien verwendet.Obwohl diesbezüglich existierende Technologien durchaus ausgefeilt sind,bringen sie einige Einschränkungen in Bezug auf Zuverlässigkeit, Sicher-heit, Skalierbarkeit, Fehlertoleranz und Selbstgenesung mit sich. Zudem istder nachrichtenbasierte Ansatz nicht mit den äußerst erfolgreichen publi-kationsbasierten Prinzipien des World Wide Webs kompatibel, wonachInformation einfach veröffentlicht und von Mitmenschen gelesen wird.Das Ziel von TSC ist es, Triple Space Computing zu entwickeln und alsKommunikations- und Koordinationsrahmenwerk für das SemantischeWeb und Semantic Web-Dienste zu etablieren. Intelligente Mechanismen,welche anhand semantischer Servicebeschreibungen logisch folgern,benötigen fundierte Kommunikationsinfrastrukturen, insbesondere um aufWebskala zu agieren. Hier nun spielt Triple Space Computing, welches daspublikationsbasierte Kommunikationsmodell von Tuple Space Computingmit Semantic Web Technologien ergänzt, eine wichtige Rolle. AnstattNachrichten und Daten hin und her zu senden, tauschen TSC basierteAnwendungen Informationen durch das Schreiben und Lesen in gemein-sam benutzten Triple Spaces aus.TSC ist ein forschungsorientiertes Projekt, welches den zukunftsweisen-den Rahmen und die Kerntechnologien für Triple Space Computing ent-wickelt, um dieses für Softwarekomponenten und Dienste zugänglich zumachen. Besondere Aufmerksamkeit wird dem Semantischen Web undSemantic Web Diensten geschenkt. Insbesondere wird im Projekt die WebDienste Ausführungsumgebung (Web Service Execution Environment,WSMX) mit Triple Spaces erweitert; WSMX ist eine Referenzimplementie-rung für Architekturen der Semantic Web Dienste. Der resultierende Pro-totyp ist jedoch nicht nur für offensichtlich servicebasierte Zielanwendun-gen wie Enterprise Application Integration (EAI) und Business-to-Business(B2B) gedacht, sondern allgemein für umfangreichste und dynamische ver-teilte Systeme, wie eHealth oder ubiquitous computing Szenarien.

TSC

FIT-IT SEMANTIC SYSTEMS AND SERVICES

Integration verteilter Informationsbestände

Infobox01.01.2005 – 30.06.2007

Koordinator:

Universität InnsbruckDigital Enterprise Research Institute(DERI)www.deri.atOmair ShafiqTechnikerstraße 21a6020 InnsbruckTel: +43 (0) 512 507 6480M: omair.shafiq@deri.org

Partner:

Electronic WebService GmbHwww.ews-gmbh.comDieter Fensel

TDE Thonhauser Data Engineering GmbHwww.tde.atGerhard Thonhauser

Technische Universität WienInstitut für Computersprachenwww.complang.tuwien.ac.atEva Kühn

Infobox01.01.2005 – 31.12.2006

Koordinator:

Know-Center, Grazwww.know-center.atKlaus Tochtermann8010 Graz, Inffeldgasse 21a/IIT: +43 (0) 316 873 9263M: ktochter@know-center.at

Partner:

NewHyper-G AGwww.hyperwave.comMansuet Gaisbauer

Sail Labs Technology AGwww.sail-labs.atThomas Netousek

Technische Universität Grazwww.tugraz.at

Institut für Angewandte Informationsverarbei-tung und KommunikationstechnologieElisabeth Oswald

Institut für Informationssysteme und ComputerMedien Christian Gütl

Institut für Grundlagen der Informationsverar-beitungRobert Legenstein

Institut für Maschinelles Sehen und DarstellenHorst Bischof

Institut für SoftwaretechnologieFranz Wotawa

Institut für Signalverarbeitung und Sprachkom-munikationGernot Kubin

58 FIT-IT

Measurable intelligent and secure semantic

extraction and retrieval of multimedia data

Multimedia-Daten weisen umfangreiche interne und externe Dokumentbe-ziehungen auf und können damit eine Quelle äußerst wertvoller Informati-on darstellen. Dennoch bleibt dieses Potenzial stark eingeschränkt, solan-ge nicht wirkungsvolle Methoden für die semantische Extraktion sowiesemantik-basierte Cross-Media Erschließung und Wiederauffindung bereit-gestellt werden. Die Erforschung dieser Thematik hat sich das MISTRAL-Projekt im Anwendungsbereich „Multi-modale Meeting-Aufzeichnungen“zum Ziel gesetzt. Konkret fokussiert das Projekt auf intelligente semi-auto-matische Lösungen für die semantische Annotierung multi-modaler Datenvon Meeting-Aufzeichnungen und relevanten Dokumenten. Durch effizien-ten Einsatz von geeigneten HW- und SW-Werkzeugen entsteht einbeträchtliches Einsparungspotential.Aus technologischer Sicht kann man Meetings in unterschiedlichen Moda-litäten aufzeichnen. Verbreitet werden dabei Kameras und Mikrophonegenutzt, es sind aber auch andere Modalitäten vorstellbar, wie zum Beispieldie Aufzeichnung der Geräteinteraktionen oder des Klick-Verhaltens derMeeting-Teilnehmer. Dennoch bleibt ohne weitere Auswertung der multi-modalen Datenströme wertvolle Information unentdeckt oder dem Benut-zerzugriff verschlossen. Das MISTRAL System ermöglicht nun die seman-tische Verarbeitung, Anreicherung und Integration von multi-modalenDaten. Das System besteht aus einer flexiblen, service-basierten Architek-tur, welche sich aus spezialisierten Einheiten und Methoden zusammen-setzt. Damit wird uni-modale semantische Extraktion von Information,deren multi-modale Zusammenführung und semantische Anreicherungsowie semantik-basierte Cross-Media Erschließung unter Nutzung vonKonzepten auf unterschiedlichen semantischen Ebenen unterstützt.Zusätzlich stellt das MISTRAL Projekt ein Annotierungswerkzeug für multi-modale Aufzeichnungen, annotierte Testdatensätze und eine offeneBenchmarking-Plattform zur Verfügung.

Das MISTRAL Systemstellt so einen speziali-sierten Suchdienstund unterschiedlicheVisualisierungsmög-lichkeiten bereit, umdie semantischenRäume von Meeting-Aufzeichnungen zu-gänglich und erforsch-bar zu machen.

MISTRAL

FIT-IT SEMANTIC SYSTEMS AND SERVICES

Mensch-Maschine-Interaktion

FIT-IT 59

A Unified Communication Platform based on Ontologies

Die Kommunikation zwischen Maschinen erfolgt heutzutageauf rudimentärer Ebene, betrachtet man die inkludierte Seman-tik der verwendeten Protokolle. Viele Kommunikationsprotokol-le setzen auf ein einfaches Frage-Antwort-Modell oder einfa-che Nachrichtenübergabe und beinhalten kaum weitergehendeSemantik. Dies führt dazu, dass diese Protokolle zu generischsind und dadurch die Semantik implizit in der Maschine defi-niert wird, weshalb die Abläufe für Menschen ohne entspre-chendes technisches Wissen schwer nachvollziehbar sind.Die Kommunikation zwischen Mensch und Maschine wirdheutzutage über Benutzungsschnittstellen ermöglicht, derenEntwicklung mühsam, fehleranfällig und vor allem teuer ist.Interaktionsdesign beruht derzeit meist auf Szenarien- undAufgabenanalyse. OntoUCP geht davon aus, dass es mehr ander Kommunikation zwischen Menschen angelehnt sein sollte.Daher wird hier vorgeschlagen, Interaktionsdesign für Benut-zungsschnittstellen zu verwenden, das auf Theorien der Kom-munikation zwischen Menschen beruht. Ausgehend von sol-chen Diskursmodellen wird die automatische Generierung vonkonsistenten multi-modalen Benutzerschnittstellen für unter-schiedliche Geräte zur Mensch-Maschine-Kommunikationangestrebt.Diese Art von Diskursmodellen ermöglicht eine Vereinheitli-chung der Mensch-Maschine- und Maschine-Maschine-Kom-munikation auf einer „höheren“ semantischen Ebene. Diezusätzliche semantische Information erlaubt eine „men-

schenähnlichere“ und somit nachvollziehbarere Kommunikati-on und Dialoge, deren Initiierung von beiden Partnern ausge-hen kann. Diese Vereinheitlichung erlaubt Szenarien, in deneneine Maschine einen Dialog initiiert ohne zu wissen, ob derPartner eine weitere Maschine oder ein Mensch ist. UnserAnsatz für diese „high-level“ Kommunikationsschnittstellenermöglicht einfachere Integration und Interoperabilität vonSystemen in den Bereichen Enterprise Application Integrationund Ubiquitous Computing, sowie einen sanften Übergang vonextern verwalteten Systemen zu autonomen selbstverwaltetenSystemen.Das Ziel dieses Projekts ist die Erstellung einer „high-level“Kommunikationsplattform basierend auf Ontologien. Sie bein-haltet eine schon entwickelte Diskursontologie zur Repräsen-tierung von menschlicher Kommunikation sowie eineBeschreibungssprache zur Spezifikation konkreter Dialogebasierend auf der Diskursontologie und einer entsprechendenDomänenontologie. Weiters beinhaltet die Plattform eine Lauf-zeitkomponente zur Interpretation der Diskursmodelle und zurAbwicklung der dadurch spezifizierten Dialoge.

OntoUCP

FIT-IT SEMANTIC SYSTEMS AND SERVICES

Mensch-Maschine-Interaktion

Infobox01.10.2004 – 31.05.2008

Koordinator:

Technische Universität WienInstitut für Computertechnikwww.ict.tuwien.ac.atHermann KaindlGußhausstr. 27-29/3841040 WienT: +43 (0) 1 58801 - 38416M: hermann.kaindl@tuwien.ac.at

Partner:

Siemens AGwww.siemens.atWerner Mühl

Infobox01.11.2006 – 31.12.2008

Koordinator:

Research Studios Austria – Studio SmartAgent Technologieswww.researchstudio.atHasnerstrasse 1231160 WienKontakt:Brigitte KrennT: +43 (0) 664 825 13 08M: brigitte.krenn@researchstudio.at

Partner:

Österreichisches Forschungsinstitut fürArtificial Intelligencewww.ofai.atHarald Trost

3united mobile solutions agwww.3united.comChristoph Schmotzer

60 FIT-IT

SEMantically aware Profiling for REcommenders

Sowohl Konsumenten als auch Wissensarbeiter sehen sichimmer mehr und komplexeren Produkt- und Informationsres-sourcen gegenüber und verlangen nach effizienteren Möglich-keiten zur Informationsbeschaffung. Besonders im Bereich desm- und e-Business ist man sich bereits seit längerem bewusst,dass die Zukunft in Systemen liegt, die unter Nutzung seman-tischer Information ausgefeilte, hochqualitative personalisierteEmpfehlungen (Recommendations) bereitstellen. Gegenwärtige Empfehlertechnologie krankt an zwei Hauptpro-blemen: 1) um eine Domäne ausreichend zu modellieren, istgrosser manueller Aufwand erforderlich; 2) um Empfehlungenhinreichend zu personalisieren, werden aktive Benutzerbenötigt. Praktische Erfahrungen zeigen aber, dass der Gross-teil der Benutzer nur ein- bis zweimal im System aktiv ist. Demgegenüber steht das Internet als eine reiche Ressource vonInformationen und Meinungen.Das Ziel des Projektes SEMPRE ist es, semantische Technolo-gie zu entwickeln, um gerade die Ressource Internet für Emp-fehlersysteme nutzbar zu machen. Dies soll erreicht werden, indem existierende Profile und Domänontologien als Initialwis-sen genutzt werden, um gezielt Informationen aus dem Inter-net zu filtern, was wiederum zu einer Erweiterung und Verfei-nerung der Ontologien und der im Empfehlungsprozess heran-gezogenen Profile führt, usw.

Um dies zu erreichen, werden in SEMPRE Ergebnisse aus fol-genden Bereichen weiter entwickelt: (i) Empfehlertechnologie,(ii) internetbasiertes Dokument-, Text- und Opinion-Mining und(iii) semantische Technologien zur Ontologiekreation/–adaption,sowie Techniken zur Anwendung von Ontologien zur Informati-onsextraktion aus Textdokumenten. Die Umsetzbarkeit des inSEMPRE verfolgten Ansatzes wird anhand der Domäne Musik-empfehlungen demonstriert. Dabei werden Daten aus gegen-wärtig am Markt existierenden Musikempfehlungsanwendun-gen als Ausgangswissen benutzt, um Information aus demInternet zu extrahieren.Indem in SEMPRE die Entwicklung von Basistechnologien undgenerischen Lösungen im Fokus steht, soll der Weg bereitetwerden für Empfehlertechnologie, die sowohl im m- und e-Business, als auch für den personalisierten Zugang zu Wissenin großen Organisationen einsetzbar ist.

SEMPRE

FIT-IT SEMANTIC SYSTEMS AND SERVICES

Mensch-Maschine-Interaktion

FIT-IT 61

Infobox01.10.2006 – 31.03.2009

Koordinator:

Salzburg Research Forschungsgesellschaft m.b.H.www.salzburgresearch.atKarl RehrlJakob Haringer Straße 5/III5020 SalzburgT: +43 (0) 662 2288 416M: karl.rehrl@salzburgresearch.at

Partner:

Atomic Austria GmbHwww.atomicsnow.comManfred Weismayer

Technische Universität WienInstitut für Geoinformatik und Kartographiewww.geoinfo.tuwien.ac.atGeorg Gartner

Alpstein GmbHwww.alpstein.comBernhard Wimmer

Semantics for Navigation Systems

Das Projekt SemWay sucht Antworten auf die Frage, wie derProzess der menschlichen Wegfindung durch semantischerweiterte Navigationssysteme unterstützt werden kann, umeine optimierte Interaktion zwischen den navigierenden Perso-nen und deren räumlicher Umgebung zu ermöglichen. Dazuwerden grundlegende Methoden erforscht und der Prototypeines semantischen Navigationssystems entwickelt.Die Frage der Wegfindung ist für Menschen zentral. Techni-scher Fortschritt im Bereich der Positionierung als auch imBereich der mobilen Informationssysteme hat den Weg für per-sönliche, tragbare Navigationssysteme bereitet. Was aktuellenNavigationssystemen fehlt ist die Berücksichtigung der räumli-chen Umgebung und die Anpassung an die räumliche Wahr-nehmung der navigierenden Person. Im Projekt SemWay sollein Prototyp eines völlig neuartigen Navigationssystems ent-wickelt werden, das eine semantische Beschreibung der räum-lichen Umgebung entlang eines Weges interpretieren kann, umdaraus bedeutungsvolle Weganweisungen für Menschen zugenerieren. Die auf Erkenntnissen der räumlichen Wahrneh-mung und menschlichen Wegfindung basierenden Weganwei-sungen sollen Menschen helfen, ihren Wegfindungsprozessund die Interaktion mit ihrer räumlichen Umgebung zu optimie-ren. Dabei wurden drei zentrale Fragestellungen identifiziert.Zuerst wird der Frage nachgegangen, wie der ZielorientierteProzess der menschlichen Wegfindung in definierten räumli-chen Situationen strukturiert und formal beschrieben werdenkann. Dass Ergebnis ist ein Modell, welches erlaubt, Aufgabenzur Durchführung der Wegfindung und den Bezug zu räumli-chen Objekten in der Umgebung zu beschreiben.

Der zweite Teil des Projekts beschäftigt sich mit der Frage, wievordefinierte Wege semantisch mit Hilfe von Ontologienbeschrieben werden können. Diese semantischen Beschrei-bungen beinhalten sowohl allgemeines räumliches Wissen,das Menschen bei der Wegfindung unterstützt, als auch Ziel-gruppen-spezifisches räumliches Wissen, das eine Adaptierungder Navigationsunterstützung für unterschiedliche Zielgruppenermöglicht.Der dritte Teil des Projekts schließt die Lücke zwischen dentheoretischen Modellen und der tatsächlichen Unterstützungbei der Wegfindung durch die prototypische Entwicklung einessemantischen Navigationssystems.Die erwarteten Ergebnisse aus dem Projekt SemWay stellenwesentliche Bausteine für die Entwicklung zukünftiger mobilerNavigationssysteme im Freizeitbereich dar.

SemWay

FIT-IT SEMANTIC SYSTEMS AND SERVICES

Mensch-Maschine-Interaktion

62 FIT-IT

Semantic Engineering Support Environment

Produktentwicklungsprozesse finden in einem immer komple-xeren Umfeld statt. Die Komplexität industrieller Produktenimmt stetig zu. Während zum Beispiel Autos vor zehn Jahrennoch hauptsächlich aus mechanischen Teilen bestanden, hal-ten heute immer mehr technische Neuerungen Einzug, wiez.B. in der Unterhaltungselektronik. Kunden erwarten zudemimmer mehr Möglichkeiten, Produkte individuell zu gestalten.Gleichzeitig fordert der Markt immer kürzere Innovationszyklenund niedrigere Preise bei gleich bleibender Qualität.

Obwohl ausreichend Werkzeuge zur Unterstützung der Pro-duktentwicklung in all ihren Details zu Verfügung stehen, fehltes an geeigneten Werkzeugen zur Unterstützung der Zusam-menarbeit parallel arbeitender geographisch getrennter Teams.Das SEnSE Projekt hat als Ziel, ein neuartiges Softwaresystemauf Basis semantischer Technologien zu erstellen, das speziellauf diese Form der Zusammenarbeit zugeschnitten ist. Im Rah-men des Projekts wird die Brücke zwischen semantischenInformationssystemen und flexibler Prozessunterstützunggeschlossen. Als Basis dienen neueste Entwicklungen imBereich Semantic Web und Ontologien, Triple-Space-basedComputing und Multiagentensystemen.

Die in SEnSE entwickelte Technologie ermöglicht die Realisie-rung innovativer Anwendungskonzepte für IT-basierte Zusam-menarbeit. Diese werden in Zukunft qualitativ bessere Unter-stützung für verteilte Teams von Wissensarbeitern bieten.

SenSE

FIT-IT SEMANTIC SYSTEMS AND SERVICES

Mensch-Maschine-Interaktion

Infobox01.01.2006 – 31.12.2007

Koordinator:

Profactor Produktionsforschungs GmbHwww.profactor.atRoland MungenastIm Stadtgut A24407 Steyr-GleinkT: +43 (0) 7252 885 - 175M: roland.mungenast@profactor.at

Partner:

Universität InnsbruckDigital Enterprise Research Institute (DERI)www.deri.atUwe Keller

Atensor Engineering and Technology Systems GmbH& CoKGwww.atensor.comKurt Häusler

FIT-IT 63

Infobox01.01.2005 – 31.12.2006www.sparc.or.at

Koordinator:

Österreichisches Forschungsinstitut fürArtificial Intelligence (OFAI)www.ofai.atHarald TrostFreyung 6/61010 WienT: +43 (0) 1 427763121M: harald.trost@ofai.at

Partner:

Philips Speech Recognition SystemsGmbH (PSRS)www.philips.comHeinz Bartosik

Technische Universität Graz,Institut für Signalverarbeitung undSprachkommunikation (SPSC)www.spsc.tugraz.atGernot Kubin

Semantic Phonetic Automatic ReConstruction of dictations

Wenn diktierte Texte von Spracherkennungssystemen verarbeitet werden,wie dies heute beispielsweise bei medizinischen Befunden häufig der Fallist, so wird die lautlich und kontextuell am wahrscheinlichsten erscheinen-de Wortfolge ermittelt. Um Erkennungsfehler zu verbessern, müssenErkennungsresultate nachbearbeitet werden. Bei medizinischen Befund-berichten ist dies in der Regel die Aufgabe von speziell geschulten medizi-nischen Transkriptionisten, die gleichzeitig auch Umformatierungen und sti-listische Korrekturen vornehmen, bis der endgültige Text in Form und Inhaltein korrekter und typischer Befundbericht geworden ist. Wenn im Erken-nungsergebnis viele Fehler vorkommen oder wenn die Ärzte wenig Übungim Diktieren haben, kann sich der endgültige Report sehr weit von demursprünglich erkannten Text entfernen. Dies bereitet Probleme, denn aufdiese Weise fehlen Informationen über die von Erkennungsfehlern berei-nigte tatsächlich gesprochene Wortfolge. Diese wäre aber zum einen wich-tig für das Training des Spracherkennungssytems, um in Zukunft Sprach-erkennungsfehler zu vermeiden. Zum anderen kann Wissen über typischeUmformulierungen und Umformatierungen helfen, einen Bericht zu erzeu-gen, der den Benutzeranforderungen nahe kommt und daher wenigernachbearbeitet werden muss.

An dieser Stelle setzt das SPARC-Projekt an und liefert Erklärungen fürmöglichst viele der Abweichungen zwischen dem Erkennungsergebnisund dem fertigen Bericht. SPSC entwickelte auf Basis der von PSRS zurVerfügung gestellten Anwendungsdaten eine Methode für die Identifikati-on von Erkennungsfehlern, um phonetische Ähnlichkeiten beim Vergleichvon Phrasen, Wörtern oder Wortbestandteilen automatisch zu bewerten.OFAI lieferte ein System zur Bestimmung von semantischer Ähnlichkeitaufgrund von Medizin- und Weltwissen und zur Erkennung von strukturel-len Entsprechungen in Schreibweisen und Formatierungen.

Die Ergebnisse des SPARC-Projekts haben gezeigt, dass semantischeTechnologien den Grundstein für die Weiterentwicklung von Diktiersyste-men hin zu Dokumentproduktionssystemen bilden, die wissensbasiert vor-gehen, Intentionen der Benutzer erkennen und Nachbereitung verringern.Wie hochinnovativ dieses Forschungsgebiet ist, zeigt sich auch daran, dassdie in SPARC entwickelten Technologien in das neue ForschungsnetzwerkCOAST eingehen, in dem seit letztem Jahr neun Forschungs- und Indu-striepartner gemeinsam Spracherkennung mit großem Vokabular für pro-fessionelle Anwendungen weiterentwickeln.

SPARC

FIT-IT SEMANTIC SYSTEMS AND SERVICES

Mensch-Maschine-Interaktion

Infobox01.01.2006 – 31.12.2007

Koordinator:

Technische Universität GrazInstitut für Wissensmanagementwww.iwm.tugraz.atKlaus Tochtermann8010 Graz, Inffeldgasse 21aT: +43 (0) 316 873 92 50M: klaus.tochtermann@tugraz.at

Partner:

Wirtschaftsuniversität Wien,Institut für Informationswirtschaftwwwai.wu-wien.ac.atAlbert Weichselbraun

m2n – consulting und development gmbhwww.m2n.atDoris Reisinger

isn – innovation service network GmbHwww.isn.atReinhard Willfort

Fachhochschule Technikum Kärntenwww.cti.ac.atDietmar Brodel

64 FIT-IT

Acquisition and Validation of Ontologies:

An Adaptive Service Architecture for Testing Semantic Hypotheses

Bei der Verarbeitung von Daten ist man heutzutage immer mehr von auto-matischen Systemen abhängig, die aus dem vorhandenen Wissensbe-stand die gewünschten Informationen und Beziehungen zwischen Infor-mationseinheiten extrahieren können. Die Qualität der erzielten Ergebnis-se lässt in der Regel zu wünschen übrig, weil Informationssysteme meistnur die Daten getrennt von der sie umgebenden Realität betrachten. Andiesem Punkt setzt das Projekt AVALON an, welches eine Überprüfung vonautomatisch extrahierten Informationen mit in der realen Welt verfügbarenIndikatoren und formalen, semantischen Hypothesen durchführt. Durchdiese Regelschleife wird der Prozess der automatischen Informationsge-winnung qualitativ verbessert, und die Möglichkeit geschaffen, gesicherteInformation mittels formaler Methoden zu beschreiben.

Im Rahmen von AVALON werden neuartige Wissensakquisitionsdiensteentwickelt, die interne und externe Unternehmensressourcen semantischanreichern, um nachfolgende Analysen und Anwendungen auf dieserDatenbasis zu verbessern bzw. zu ermöglichen. Kernpunkt des Projektesist die semi-automatische Erweiterung und Überprüfung von Ontologien.Semantische Hypothesen bringen die Konzepte, die in eine Wissensbasiseingebunden sind, mit Indikatoren der realen Welt in Verbindung. Über dieAuswertung der Indikatoren überprüft AVALON die formulierten semanti-schen Hypothesen, und erlaubt dadurch die Bestätigung von bereits exi-stierenden oder die Erzeugung neuer Konzepte. Für die Überprüfung derHypothesen wird (i) Wissen semi-automatisch aus heterogenen, unstruk-turierten Datenquellen extrahiert, (ii) semantische Beziehungen innerhalbder Wissensbasis identifiziert, und (iii) das gewonnene Wissen anhand vonIndikatoren der realen Welt überprüft.

Um den Nutzen und das Innovationspotential dieser Technik in der Praxiszu demonstrieren, werden zwei konkrete Anwendungsfälle im Rahmendes Projektes umgesetzt. Dabei geht es einerseits um die Erzeugung undÜberprüfung von Hypothesen im Bereich der Personalentwicklung, welcheeinen besseren Abgleich zwischen Stellenbeschreibungen und Mitarbei-terkompetenzen ermöglichen. Der zweite Anwendungsfall beschäftigt sichmit dem Bereich der Trendanalyse, in welchem AVALON seine Fähigkeitzum Entdecken von innovativen Tendenzen in verschiedenen Branchendurch Analyse von Web-Ressourcen demonstrieren wird.

AVALON

FIT-IT SEMANTIC SYSTEMS AND SERVICES

Automatisierung von Informationsprozessen

FIT-IT 65

Dynamic Ontology based Integrated Process Optimisation

Zielsetzung von DYONIPOS ist die Entwicklung eines kontext-sensitiven, intelligenten, hochflexiblen Systems, welches zueiner signifikanten Produktivitätssteigerung in wissensintensi-ven Unternehmen beiträgt. Basierend auf semantischen Tech-nologien, Methoden des Knowledge Discovery und Verfahrenwie der Wissensflussanalyse integriert DYONIPOS strukturier-te, explizit abgebildete Geschäftsprozesse und dynamische,undokumentierte Wissensflüsse. Semantische Technologienermöglichen dabei eine flexible und einheitliche Behandlungvon strukturierten als auch unstrukturierten Geschäftsprozes-sen und Daten. DYONIPOS adressiert zwei entscheidendeArbeitsbereiche der Wissensarbeit in agilen Organisationen:Einerseits unterstützt DYONIPOS den einzelnen Prozessaus-führenden bei der effizienten, standardisierten aber dennochflexiblen Abarbeitung von Geschäftsprozessen gemäß seinerindividuellen Arbeitsweise, andererseits den Prozessingenieurbei der Entwicklung standardisierter Prozesse, basierend auftatsächlich von den unterschiedlichen Wissensarbeitern ausge-führten Geschäftsprozessinstanzen.Als prozessorientiertes Ziel setzt sich DYONIPOS die Lösungdes Dilemmas zwischen genügend Flexibilität für Wissensar-beiter auf der einen Seite und der organisatorischen Anforde-rung nach Standardisierung und Kontrolle auf der anderen Sei-te. Die Herangehensweise motiviert die Entwicklung und Evo-lution von Arbeitsflüssen aus ad hoc Prozessen, ohne die not-wendige, organisatorische Kontrolle aufzugeben. Ad hoc Pro-zesse bestehen aus definierten Einsatzfaktoren (Inputs) unddefinierten Ergebnissen (Outputs), überlassen jedoch die Art

und Weise der Abwicklung dem Wissensarbeiter und demzugehörigen Kontext. Die Interaktionen zwischen Wissensar-beitern und der digitalen Arbeitsumgebung werden aufge-zeichnet, analysiert und semantisch angereichert.Technologisch orientiertes Ziel von DYONIPOS ist die Entwick-lung flexibler semantischer Technologien, welche in der Lagesind, die Vielzahl an technologischen Herausforderungen zumeistern, die in der Abwicklung von ad hoc Prozessen und ihrerIntegration mit Standardprozessen auftreten. Dem Prozessan-wender erleichtert DYONIPOS seine Aufgaben durch intelli-gentes Vorschlagen von Nachfolgeprozessen, durch intelligen-te Informationsbereitstellung und Informationsextraktion basie-rend auf dem aktuellen Kontext. Insgesamt entwickelt DYONI-POS neue Technologien, welche dynamische und flexible Wis-sensprozesse optimieren und dennoch Standardisierung undKontrolle erlauben.

DYONIPOS

FIT-IT SEMANTIC SYSTEMS AND SERVICES

Automatisierung von Informationsprozessen

Infobox01.03.2006 – 29.02.2008

Koordinator:

Know-Center GmbH Grazwww.know-center.atMichael Granitzer8010 Graz, Inffeldgasse 21aT: +43 (0) 316 873 9263M: mgrani@know-center.at

Partner:

Technische Universität GrazInstitut für Informationssysteme und ComputerMedien (IICM) www.iicm.eduKeith Andrews

Hewlett-Packard Ges.m.b.H. (HP Austria)www.hp.com/atGerald Ritz

m2n – consulting und development gmbhwww.m2n.atDoris Reisinger

Infobox01.01.2005 – 30.06.2007

Koordinator:

Universität InnsbruckDigital Enterprise Research Institute (DERI)www.deri.atStijn HeymansTechnikerstraße 21a6020 InnsbruckT: +43 (0) 512 507 6426M: stijn.heymans@deri.org

Partner:

Electronic WebService GmbHwww.ews-gmbh.comDieter Fensel

66 FIT-IT

Reasoning with Web services

Die Integration heterogener Anwendungen ist eine der großenungelösten Herausforderungen heutiger IT Systeme. Das Pro-blemfeld wird als „Enterprise Application Integration“ (EAI)bezeichnet und stellt eine Herausforderung nicht nur aus wis-senschaftlicher, sondern auch aus ökonomischer Sicht dar.In diesem Zusammenhang gelten Web-Dienste Technologienals eine der erfolgversprechendsten Ansätze, um die Interope-rabilität zwischen heterogenen Applikationen zu ermöglichen.Heutige Web-Dienste Technologien lösen das Integrationspro-blem jedoch nur auf syntaktischer Ebene, wodurch das Poten-zial Aufgaben zu automatisieren begrenzt ist. Bei der Integrati-on neuer Dienste müssen Anwendungsentwickler manuell ein-greifen, um die entsprechenden Kopplungen und Integrationenvon Hand zu programmieren. Als direkte Folge bleibt die Wir-kungsfähigkeit der Technologie in Bezug auf die Skalierbarkeitder Anzahl der Dienste und des ökonomischen Nutzwertesbegrenzt.

Im RW2 Projekt werden semantische Technologien auf Web-Dienste angewendet, um eine Reihe von Aufgaben im Zugeihrer Verwendung zu automatisieren. RW2 setzt dabei auf dieWeb Service Modeling Ontology (WSMO), einen der führendenAnsätze im Bereich der semantischen Web-Dienste. DasWSMO Framework erlaubt es z.B. automatisiert Dienste zu fin-den, die bestimmten Anforderungen entsprechen.Konkret wird im RW2 Projekt erforscht, wie der Endbenutzerbeim Annotieren bestehender Web-Dienste, sowie semanti-scher Anfragen (WSMO Goals) unterstützt werden kann. DesWeiteren wird eine neuartige logische Deduktionsmaschine(Reasoner) entwickelt, die es erlaubt, die formalen Beschrei-bungen zu intepretieren. Als Resultat kann der Automatisie-rungsgrad beim Auffinden und Integrieren neuer Web-Diensteerhöht werden.

RW2

FIT-IT SEMANTIC SYSTEMS AND SERVICES

Automatisierung von Informationsprozessen

FIT-IT 67

Semantic Culture Guide

Im Internet sind tausende kulturell relevante Informationen abrufbar – aberwo findet man eigentlich das, was einen interessiert?Es ist fast unmöglich, Kultur zu beschreiben beziehungsweise zu definie-ren. Das wiederum ist ein Grundproblem bei der Vermarktung von Kultur-veranstaltungen. Umso schwieriger ist es für den Kulturinteressenten,gezielt nach kulturellen Angeboten und Inhalten im WWW zu suchen. DasProjekt „Semantic Culture Guide (SCG)“ soll bis Dezember 2008 die öster-reichische Kulturszene erforschen, analysieren und für das Internet dernächsten Generation (semantic web) vorbereiten. Ziel ist es, mit den Mög-lichkeiten semantischer Technologien eine „Landkarte“ des österreichi-schen Kulturlebens zu zeichnen, indem dezentral im Internet verstreuteKulturinformationen semantisch aufbereitet und qualitativ vernetzt werden. Im Rahmen des Projekts wird dazu eine Kultur-Ontologie erstellt, mit aus-gewählten Domänen-Ontologien für Museen, Theater und Festivals. DieErstellung der Ontologien erfolgt auf Basis von Experteninterviews aus denjeweiligen Genres. Als Ontologiesprache wird der vom W3C vorgeschla-gene Standard OWL, RDF oder RDF(S) in Erwägung gezogen. So wird dieGrundlage geschaffen, um später den Kulturinteressierten und Touristeneine vertrauenswürdige Suchfunktion anbieten zu können. Die fachlicheGestaltung basiert auf einem Metamodellierungskonzept, das die flexibleAnpassung an bestehende sowie zukünftige Technologien erlaubt.Um die Integration der heterogenen Systemlandschaft zu vereinfachen die-nen Web Services als Interaktions – Schnittstellen. Web Services bietenüber standardisierteSchnittstellen Zugriffauf die Geschäftslogiküber Plattformgrenzenhinweg. Diese expor-tierten Services werdenzu einem Geschäftspro-zess orchestriert. BeimSemantic Culture Guideliegt der spezielle Fokusauf der Beschreibungvon menschlichen Inter-aktionen mit diesenProzessen und einerautomatisierten Aus-wertung möglicher Aus-wirkungen. Die gewon-nen Erkenntnisse die-nen als Ansatz für wei-tere Prozessoptimierun-gen und eröffnen neueModellierungsmöglich-keiten.

SCG

FIT-IT SEMANTIC SYSTEMS AND SERVICES

Automatisierung von Informationsprozessen

Infobox01.01.2006 – 31.12.2008www.semantic-culture-guide.net

Koordinator:

S.I.M. Special Interest Magazines Zeitschriftenverlags Ges. m. b. H.www.simskultur.netWalter Praszl 1030 Wien, Erdbergstraße 35/12T: +43 (0) 1 513 22 05M: projektleitung@semantic-culture-guide.net

Partner:

punkt.net serviceswww.punkt.atAndreas Koller

Universität WienFakultät für Informatik / Department of Knowledge and Business Engineeringwww.dke.univie.ac.atPeter Höfferer

Technische Universität Wien - DistributedSystems Group Information & Knowledge Managementwww.infosys.tuwien.ac.at Sebastian Eschenbach

Österreichischer Universitätslehrgang fürTourismuswirtschaftwww.tourismuslehrgang.atKlaus Arnold

ratio strategy & innovation consulting GmbHwww.ratio.at/rsiMichael Dell

Infobox01.09.2006 – 31.08.2008

Koordinator:

Universität Innsbruck Digital Enterprise Research Institute (DERI)www.deri.atMichal ZarembaTechnikerstraße 21a6020 InnsbruckTel: + 43 (0) 512 507 96846M: michal.zaremba@deri.org

Partner:

HANIVAL Internet Services GmbHwww.hanival.netAlexander Wahler

Technische Universität WienInstitut für Informationssysteme, Abteilung für Verteilte Systemewww.infosys.tuwien.ac.atSchahram Dustdar

eTel Austria AGwww.etel.atMark Evenson

68 FIT-IT

Semantic Business Process Management for Flexible Dynamic Value Chains

Das Projekt SemBiz will die Lücke zwischen Geschäftsprozessen und derentechnischer Umsetzung im Business-Process-Management (BPM) schließen.Das wird durch semantische Beschreibungen der Geschäftsprozesse und ent-sprechenden Tool Support umgesetzt. Aktuelle BPM-Technologien konzen-trieren sich hauptsächlich auf technische Aspekte, um IT-unterstützteGeschäftsprozesse auszuführen, wobei sie außer Acht lassen, dass BPM-Techniken die Umsetzung von Geschäftsprozessen eigentlich eine Ebenehöher, nämlich auf der Ebene der Geschäftsprozesse selbst, realisieren soll-ten. Das Ergebnis ist ein vermehrter Bedarf an menschlichem Einsatz, umzwischen Businessprozessen und Technik zu „vermitteln“, was die Vorteiledieser Technologien erheblich einschränkt. Es ist unser Ziel, eine umfassendesemantische Beschreibung, mit deren Hilfe Geschäftsprozess auf Business-Ebene umgesetzt werden können, und die dazugehörige Unterstützung fürdie automatische technische Umsetzung zu entwickeln.

Als Ansatz dient das Konzept für Semantic Web Services, Web Service Mode-ling Ontology WSMO, auf dessen Basis wir ein umfangreiches Rahmenwerkfür semantische Beschreibungen für Geschäftsprozesse entwickeln werden.Dieses Rahmenwerk wird BPM-Funktionalitäten auf der Geschäftsprozesse-bene durch rückschluss-basierte Techniken, die mit semantischen Beschrei-bungen arbeiten, unterstützen. Kernfunktion dieses Werkzeuges ist die Suchenach „business process spaces“, nach Geschäftsprozessen für spezielle Ziel-setzungen und das Erstellen von Geschäftsprozesses aus bereits existieren-den Prozess-Fragmenten sein. Diese Funktionen werden in eine prototypi-sche Tool Suite integriert, mit deren Hilfe sie in Geschäftsprozessen der Tele-kommunikationsbranche getestet und evaluiert werden.

Zusammenfassend gesagt, wird das Projekt SemBiz den innovativen Ansatzliefern, um das Business Process Management (BPM) weg von der IT-Ebeneund hin zur Geschäftsprozessebene zu führen.

SemBiz

FIT-IT SEMANTIC SYSTEMS AND SERVICES

Automatisierung von Informationsprozessen

FIT-IT 69

Self Properties in Autonomous Systems

Beim Projekt „Self Properties in Autonomous Systems“(SEPIAS) steht der Entwicklungsprozess von mobilen Syste-men im Mittelpunkt. Ziel des Projektes ist es, Werkzeuge undTechniken zu Verfügung zu stellen, die es einem mobilenSystem erlauben auf unerwartete Änderungen der Umgebungund interne Fehler in intelligenter Weise zu reagieren.

Auf Grund limitierter Möglichkeiten zum Eingriff durch Men-schen oder Interaktion während des Betriebes müssen mobileSysteme Probleme und unerwartete Situationen selbständiglösen können. Als Konsequenz daraus muss ein autonomesSystem über Wissen über seine Umgebung, seine Aufgabe,seine Fähigkeiten und seinen internen Zustand verfügen. Wei-ters muss das System in der Lage sein, über diese Informatio-nen logische Schlüsse zu ziehen, um notwendige Adaptionenin seiner Struktur oder seinem Verhalten vorzunehmen.

Für die Fähigkeit von Selbst-Reflexion und Selbst-Reparaturmuss dem System das benötigte Wissen zur Verfügung ste-hen. Dies macht Änderungen im traditionellen Entwicklungs-prozess nötig. Ziel des traditionellen Prozesses ist die Entwick-lung von Hardware und Software eines Systems für eine spe-zielle Aufgabe. Auch wenn viele mögliche Fehler im Prozess

berücksichtigt werden, verfügt das System über kein explizitesWissen über sich selbst. Um diese Situation zu ändern, mussin den Entwicklungsprozess eine Wissens-Akquirierungs-Pha-se integriert werden. Um diese Wissens-Akquirierung automa-tisieren zu können, müssen die verwendeten Werkzeuge einVerständnis der Semantik des Zwecks und des Designs desSystems besitzen. Zum Zweck der Wissens-Repräsentationund des Schlußfolgerns werden neue Techniken des modellba-sierten Schließens unter Laufzeitbedingungen entwickelt.

Im Zuge des SEPIAS-Projekts werden der heutige Entwick-lungsprozess analysiert und Vorschläge für ein Zielsystem mitden gewünschten Fähigkeiten zur Wissenrepräsentation ent-wickelt. Die gesamten vorgeschlagenen Methoden zusammenmit dem Zielsystem werden in einer machine-to-machine(M2M) Anwendung getestet. Der Technologiedemonstrator istein M2M-Terminal, welches an Frachtcontainern angebracht istund die globale Position verfolgt und zu einem zentralen Servi-ce übermittelt. Die vorgeschlagene Lösung von SEPIAS führtzu einer Reduktion der Service- und Wartungskosten, einerOptimierung der Tätigkeiten des Servicepersonals und einerVerminderung der Down-Time bei gleichzeitiger Erhöhung derRobustheit.

SEPIAS

FIT-IT SEMANTIC SYSTEMS AND SERVICES

Automatisierung von Informationsprozessen

Infobox01.01.2006 – 31.12.2007

Koordinator:

Technische Universität GrazInstitut für Softwaretechnologiewww.ist.tugraz.atFranz WotawaInffeldgasse 16b/28010 GrazT: +43 (0) 316 873 5724M: wotawa@ist.tugraz.at

Partner:

Kapsch CarrierCom AGwww.kapsch.netRoland Ochenbauer

Infobox01.01.2007 – 31.12.2008

Koordinator:

Joanneum Research Forschungsgesellschaft mbHwww.joanneum.at/iisHerwig RehatschekSteyrergasse 178010 GrazT: +43 (0) 316 876 11 94M: herwig.rehatschek@joanneum.at

Partner:

HS-ART Digital Service GmbHwww.hs-art.comWalter Plaschzug

70 FIT-IT

Understanding Advertising

Alleine in der Europäischen Union werden jährlich 70 MilliardenEuro für Werbung ausgegeben. Die Analyse des Werbemark-tes wird von sogenannten Medienbeobachtungsfirmen durch-geführt, wobei dies vornehmlich manuell geschieht. Kürzlichdurchgeführte Forschungsprojekte haben zwar dazu beigetra-gen, Teile der Arbeitsabläufe von Medienbeobachtungsfirmenzu automatisieren, beschränken sich jedoch zumeist auf low-level Merkmale wie etwa Farbähnlichkeit. Semantisches Wis-sen, z.B. generiert aus domänenspezifischen Ontologien, wur-de bisher noch nicht eingesetzt. Systeme für eine hoch auto-matisierte Trendanalyse, Identifizierung von neuen Geschäfts-feldern sowie Produkt/Firmenanalysen sind derzeit nicht kom-merziell erhältlich.

UAd leistet Forschungsarbeit für ein semantisches MedienAnalyse Framework (SEMAF), welches als Eingabe low-levelMerkmale und Wissen aus öffentlich verfügbaren Quellen (z.B.Homepage der Firma, Aktienmarkt Infos, etc.) erhält. SEMAFwird als ein generisches Rahmenwerk mit offenen Schnittstel-len entworfen und soll dann mittels Instanzierung für kun-denspezifische Domänen konkrete Anfragen beantworten kön-nen, wie etwa eine Trendanalyse von Werbeausgaben im Auto-

mobilmarkt. Innerhalb des Projektes UAd werden domä-nenspezifische Ontologien und Regeln entwickelt werden. Die-se sollen zusammen mit dem öffentlich verfügbaren WissenInformationen aus heterogenen Quellen harmonisieren undspezifische Benutzeranfragen beantworten.

Die größte Herausforderung und zugleich die Hauptinnovationdes Projektes liegt darin, Kontextinformation wie z.B. Ontologi-en, Regeln, öffentliches Wissen und low-level Merkmale her-anzuziehen nebst einer dynamischen Aktualisierung des Wis-sensmodells, welches durch die UAd Ontologien und Regelnrepräsentiert wird. Das Miteinbeziehen von Benutzer-Feedbackstellt eine weitere große Herausforderung dar.

Ziel ist es, das generisch konzipierte SEMAF so zu spezifizie-ren, dass es mit vertretbarem Aufwand auch für die Analysevon politischen Kampagnen, Marktforschung und soziale Studi-en eingesetzt werden kann. Somit ist ein wesentliches Pro-jektziel SEMAF so offen als möglich zu halten, sodass neueInstanzen mit sowenig Aufwand wie möglich erzeugt werdenkönnen.

UAd

FIT-IT SEMANTIC SYSTEMS AND SERVICES

Automatisierung von Informationsprozessen

FIT-IT 71

Die Leistungsfähigkeit elektronischer Systeme wird in den nächsten zehn Jahren weiter zuneh-men, und es wird künftig möglich sein elektronische Bausteine mit mehr als einer Milliarde Tran-sistoren herzustellen. Mit solch leistungsfähigen Bausteinen und mit hoch integrierten Teilsy-stemen werden nicht nur etablierte Lösungen erheblich verbessert, sondern es ist darüber hin-aus möglich, völlig neue Anwendungsfelder der Mikroelektronik zu erschließen. Der Entwurfderartiger Schaltungen und die Implementierung auf einem einzigen Substrat stellt die Entwick-lung jedoch vor immer größere Herausforderungen.

Komplexe elektronische Systeme vereinigen viele verschiedene Komponenten – Signalprozes-soren, Mikrokontroller, Speichersysteme, analoge Funktionsblöcke, Sensorik, Ein-/Ausgabesy-steme, usw. Diese Systeme werden „Systems on Chip“ (SoC) genannt, wenn alle Subsystemein einem Baustein integriert sind. Ebenfalls Teil der Programmlinie FIT-IT Systems on Chip sind„Systems in a Package“ (SiP), d.h. wenn die Subsysteme auf Einzelsubstraten realisiert undnicht monolithisch, sondern innerhalb eines Gehäuses integriert sind.

Als besonders wichtige Forschungsschwerpunkte von FIT-IT Systems on Chip – auch im Teilbe-reich „Systems in a Package“ – werden die folgenden erachtet:

> Sub-Mikron Technologie

> Gemischte analoge und digitale Systeme

> Beherrschung der Komplexität im Entwurf und

Entwurfsmethodik

> Qualitätssicherung vom Entwurf zum System

In der Projektdarstellung werden die Projekte entsprechend ihrer Zugehörigkeit zur ersten oderzweiten Ausschreibung angeführt.

FIT-IT

Systems on Chip

72 FIT-IT

CoDesign Flow for Communication ICs Packaging Solutions

Das COFCOM-Forschungsteam entwickelt ein neues System-in-Package CoDesign Flow Framework für die Integration vonmodularen und flexiblen Kommunikationssystemen. Das„Schlüsselelement“ dieses Frameworks – ein Werkzeug wel-ches es erlaubt die gegenseitige Interaktion von verschiedenenIC-Blöcken, passiven Komponenten (elektr. Verbindungen) undanderen Komponenten (Gehäuse usw.) auf der Systemebenezu analysieren, zu modellieren und zu simulieren – ist zurzeitam Markt nicht verfügbar. Das Ziel des Projektes ist es, unterEinsatz einer umfassenden Menge von Methoden auf ver-schiedenen Abstraktionsebenen die Integration und die Verifi-kation eines „Zoos“ von Komponenten zu optimieren.Die Kooperation zwischen Infineon und der FachhochschuleTechnikum Kärnten erweist sich als sehr vortelilhaft, da dasakademische Wissen der Profesoren und der Studenten umdie praktischen Aspekte der realen Anwendung erweitert wird.Der internationale Erfolg von Infineon mit Digital SubscriberLine Access Multiplexer (DSLAM) – Produkten hilft der Fach-hochschule ihren Studenten eine Ausbildung auf weltweitführendem Niveau aunzubieten und macht diese somit auchattraktv für andere Industriepartner.

Die Herstellungskosten eines Systems sind direkt abhängigvon der Anzahl der Layer im Package. Das primäre Ziel ist somitdie Anzahl der Layer zu reduzieren. Das ist nur durch genaueSimulation des Gesamtsystems möglich.Der System-in-Package Entwicklungsprozess ist ein interativerProzess. Der COFCOM erlaubt es, die Anzahl der Interations-schritte signifikant zu reduzieren. Ein verifiziertes, robustesSystem-in-Package CoDesign Flow-Framework ermöglicht es,kosten-und zeitintensive Re-Designs zu vermeiden.Im Zuge des COFCOM Projektes wurden Methoden ent-wickelt, um Simulationsergebnisse von Feldsimulatoren expe-rimentell zu verifizieren. Fundamentale Effekte wurden unter-sucht um die Resultate von Programmen zur Simulation vonElektromagnetischen Feldern auf Robustheit und Genauigkeitzu untersuchen. Eine wichtige Hilfe dabei war der Feldsimula-tor „EleFAnT“ der an der Technischen Universität Graz ent-wickelt wurde. Dieser Feldsimulator, der eigentlich für For-schungszwecke entwickelt wurde, liefert so gute Übereinstim-mung mit den Messdaten, dass er als Referenz zum Vergleichvon anderen, kommerziell erhältlichen Simulatoren eingesetztwerden kann.

COFCOM

FIT-IT SYSTEMS ON CHIP

Laufende Projekte

Infobox01.06.2005 – 30.06.2007

Koordinator:

Infineon Technologies Austria AGwww.infineon.comPeter CalderaSiemensstrasse 29500 VillachT: +43 (0) 5 1777 - 6346M: peter.caldera@infineon.com

Partner:

Fachhochschule Technikum Kärntenwww.fh-kaernten.atThomas Klinger

FIT-IT 73

Systems Architecture for Power Aware Wireless Sensor Network Nodes

Drahtlose Sensornetzwerke bestehen aus einer Vielzahl vonkleinen, kostengünstigen Sensorknoten, die auf Funkbasis ver-netzt miteinander kommunizieren. Der effiziente Entwurf die-ser Sensorknoten muss die unterschiedlichsten Funktionalitä-ten in einer Gesamtheit vereinigen; dazu gehören eine ener-giesparende Funktechnologie, Mikro-Antennen, MEMSSenso-rik (Micro-Electro-Mechanical-Systems), Signalumwandlungund Signalverarbeitung, energieeffiziente Kommunikationspro-tokolle, Energiewandlung und –management. Ein Hauptziel des über FIT-IT geförderten Projektes PAWiS istes, sowohl eine effiziente System-Architektur, als auch diezugehörige Entwicklungsmethodik für Drahtlose Sensorknotenzur Verfügung zu stellen, die es gestattet, Energieineffizienzenzu erfassen.Zum Nachweis eines erfolgreichen Konzepts wird ein Prototypaufgebaut, der als Basis für eine zukünftige Integration in einSystem-on-Chip (SoC) bzw. System-in-Package (SiP) dienenwird.Trotz der großen Vorteile, die drahtlose Sensornetzwerkegrundsätzlich bieten, hat bisher wegen der zu geringen Ener-gieautonomie noch keine Marktdurchdringung im großen Stilstattgefunden. Um eine Energieautonomie zu erreichen müs-

sen state-of-the-art Lösungen signifikant verbessert werden,was Optimierungen auf System- und Architekturebene bis hinzur Implementierung voraussetzt. Es sind deshalb neue Ansät-ze notwendig gewesen, die es erlauben, alle zur Energiereduk-tion relevanten Einflussparameter zu erfassen und zu optimie-ren.Ebenfalls verfolgen wir in diesem Projekt die Entwicklung einessehr energiesparenden Empfängers (Wakeup Receiver) undeiner Energieumwandlungseinheit die aus einem MEMS-Sen-sor durch mechanische Schwingungen die nötige Energie füreinen zukünftigen energieautarken drahtlosen Reifendrucksen-sor bereit stellt (TPMS, Tyre Pressure Monitoring System). Die-se Applikationen wie der gesamte Automobilsektor stellt einzukunftsträchtiges Einsatzgebiet für drahtlose Sensornetz-werke dar und ist für Infineon von besonderem Interesse. Bisher ist eine Simulationsumgebung entwickelt worden umdrahtlose Sensoren und ganze Sensornetzwerke effizient zusimulieren und den Systementwurf im Hinblick auf die Ener-gieeffizienz zu unterstützen. Erste Zwischenergebnisse gibt esauch beim „Wakeup Receiver“, dessen Energieaufnahmegegenüber herkömmlichen Empfängerdesigns drastisch redu-ziert werden konnte.

PAWiS

FIT-IT SYSTEMS ON CHIP

Laufende Projekte

Infobox01.09.2005 – 30.09.2008www.ict.tuwien.ac.at/pawis

Koordinator:

Technische Universität WienInstitut für Computertechnikwww.ict.tuwien.ac.atStefan MahlknechtGusshausstrasse 27-291040 WienT: +43 (0) 158801 - 38447M: mahlknecht@ict.tuwien.ac.at

Partner:

Infineon Technologies Austria AGwww.infineon.com Thomas Herndl

74 FIT-IT

Quantum Cryptography on the Chip

QCC

FIT-IT SYSTEMS ON CHIP

Laufende Projekte

Kleiner, leichter, schneller – das ist das Motto dieses Projekts,das dort ansetzt, wo die Forschung endet: bei der Überführungvon aktuellen Ergebnissen aus der Quantenkryptographie hinzu kommerziellen Produkten. Anwendungsgebiet des Chips istder sichere Datenaustausch im Geschwindigketisbereich Giga-bit pro Sekunde. Während die Quantenphysik aus codierten Lichtteilchen abso-lut zufällige Bitfolgen generiert, ist der Sicherheits-Chip für denganzen Rest der Datenverarbeitung und Kommunikationzuständig. Das beinhaltet: Schlüsselerzeugung aus den Quan-ten-Bitfolgen, Verschlüsselung, Datenverarbeitung, Nachrich-tenübertragung und Elektronik.Seit Anfang Oktober 2006 steht ein kompletter Software-Pro-totyp zur Verfügung, der jeden Schritt, vom Bit zur verschlüs-selten Nachricht bis zur Nachrichtenübertragung über ein virtu-elles Netz, transparent zeigt. Für zukünftige Kunden ist das einVorteil, denn der Simulator bietet eine Entscheidungshilfe fürden Einsatz von verschlüsselter Kommunikation mittels Quan-tenkryptographie.Einsatzmöglichkeit für den Chip bietet etwa eine Quanten-VPN-Verbindung für die Kommunikation zwischen mehreren Fir-menstandorten über das Internet. Dabei steht VPN für „virtualprivate network“ und beschreibt abgesicherte Verbindungenüber das Internet. Im FIT-IT-Vorgängerprojekt „PRODEQUAC“(Prototype Development for Quantum Cryptography; Pro-grammlinie „Embedded Systems“, Anm. d. Red.) wurde dietechnische Machbarkeit demonstriert. Auf diesen Ergebnissenaufbauend, erfolgt die Entwicklung des Chips mit erweiterterFunktionalität: sämtliche Schritte zur Schlüsselerzeugung ausden Quanten-Bitfolgen sowie zur Verschlüsselung von Datenim Gigabit-Bereich sind integriert.

Aus den durch Quantenphysik erzeugten zufälligen Bitfolgenwerden im Chip die eigentlichen Schlüssel zur Nachrichtenver-schlüsselung generiert. Aufgrund der eigens entwickeltenSicherheitsarchitektur des Chips („Hardware-Firewall“) sindjene Bereiche, die für die Erzeugung der Schlüssel zuständigsind, physisch getrennt implementiert von den Netzwerk- undVerschlüsselungsmodulen. Das garantiert höchste Sicherheitgegen Hacker.Für die Verschlüsselung der Nachrichten wird der AlgorithmusAES (Advanced Encryption Standard) verwendet. Dabei wer-den Datenströme mit Durchsatzraten von bis zu 1 Gigabit proSekunde von eigenen Modulen am Chip verschlüsselt. DieseModule sind direkt in die Hardware des Chips integriert undgarantieren dadurch, dass auch bei zeitkritischer Kommunikati-on keine Qualitätseinbußen auftreten.

Infobox01.09.2005 – 29.02.2008www.quantenkryptographie.at/qcc.html

Koordinator:

Austrian Research Centers GmbH – ARCwww.arcs.ac.atChristian MonykTech Gate Vienna1220 Wien, Donau-City Str. 1/5.OGT: +43 (0) 664 815 78 37M: christian.monyk@arcs.ac.at

Partner:

Technische Universität GrazInstitut für Angewandte Informationsverarbeitungwww.iaik.tugraz.at/Johannes Wolkerstorfer

Programm- und Systementwicklung PSE, SIEMENS AG Österreichwww.siemens.comIlse Wimberger

FIT-IT 75

SoC for Advanced Multimedia Broadband Access

Systems on Chip (SoC)-Designs unterliegen immer kürzerenTime-to-Market-Zyklen und immer höherer technischer Kom-plexität. Daher wird ein neuer Architekturansatz benötigt, dernicht nur Wiederverwendung und Fehlerfrüherkennung vonDesigns ermöglicht, sondern auch flächen- und und kostenop-timierte Lösungen. Darüber hinaus ist es in der Regel dringendnotwendig, Projekte in weniger als sechs Monaten von derersten Spezifikation bis zur korrekten Ausführung abzuwickeln;und dies unabhängig von der Komplexität und eventuell auftre-tender Designprobleme. Ansätze wie Multi-DSP-Architekturenoder FPGA-Lösungen bieten zwar die geforderte Flexibilität,sind aber in Bezug auf Stückkosten und Leistung nicht optimalund kommen daher im Massenmarkt der Consumer-Elektronikwenig zum Einsatz.Das Projekt SAMBA stellt sich der Forderung des Marktes nacheiner kostenoptimierten programmierbaren Multistandard-Lösung. SAMBA soll die verschiedenen technischen Anforde-rungen kombinieren, um die Skalierbarkeit der Rechenleistung,Programmierbarkeit und eine optimale Gewichtung von hard-ware- und software-basierenden Designs zu ermöglichen. DerKern von SAMBA baut auf einer von ON DEMAND Microelec-tronics entwickelten hochgradig parallelen und skalierbarenVLIW (very long instruction word) Prozessorarchitektur auf, die

mit Hardware für spezielle Rechenoperationen optimiert wer-den soll. Dabei gilt es auch sicherzustellen, dass sowohl internentwickelte Hardware-Module als auch IPs anderer Herstellernahtlos in die Plattform und auch in die Simulationsumgebungintegriert werden können.

Die Tauglichkeit des Ansatzes wird anhand eines Multimode-Empfängers für die konträr arbeitenden Standards DVB-T undATSC gezeigt. Auf SAMBA sollen sowohl fest verdrahteteSingle-Standard-Lösungen als auch flexible, vollständig mittelsSoftware programmierbare multi-Standard-Lösungen für low-cost als auch high-end SoC konzeptioniert und entwickelt wer-den können.

SAMBA

FIT-IT SYSTEMS ON CHIP

Laufende Projekte

Infobox01.08.2005 – 31.07.2007

Koordinator:

ON DEMAND Microelectronics AGwww.odm.atGerald KrottendorferWagramer Straße 17-19, IZD Tower, 1220 WienT: +43 (0) 1 269 79 85 161M: gerald.krottendorfer@odm.at

Partner:

Fachhochschule Technikum Kärnten www.cti.ac.atErwin Ofner

Technische Universität WienInstitut für Technische Informatikwww.ecs.tuwien.ac.atHerbert Grünbacher

Infobox01.07.2005 – 30.06.2007

Koordinator:

Infineon Technologies Austria AG Villachwww.infineon.comAndreas BertlSiemensstraße 29500 VillachT: +43 (0) 5 1777 – 6754M: andreas.bertl@infineon.com

Partner:

DICE GmbH & Co KGwww.dice.atLinus Maurer

Technische Universität WienInstitut für Elektrische Mess- und Schaltungstechnikwww.emst.tuwien.ac.atGottfried Magerl

76 FIT-IT

Software Radio on Chip

Steigende Nachfrage nach immer besseren multifunktionellenmobilen Geräten schafft laufendes Wachstum am Markt fürMobiltelefone. Hochintegrierte elektronische Schaltkreise inentsprechend hohen Stückzahlen sind erforderlich, um denAnforderungen gerecht werden zu können. In den Forschungs-und Entwicklungsanstrengungen der IC-Hersteller gilt dasHauptaugenmerk vor allem dem Design von reinen CMOSLösungen auf Basis von Systems-on-Chip (SoC)-Technologien.Das Ziel von SoftRoc ist die Entwicklung von Schlüsselbe-standteilen für die nächste Generation von Mobiltelefonen. Diezentrale Anstrengung ist die Hoch-Integration der Teile in Stan-dard-CMOS-Technologie. Komponenten für Übertragungsgerä-te werden entwickelt, die in der Lage sind mit einer Vielzahlvon RF-fähigen System zu kommunizieren. Ein einziger Bau-stein wird zukünftig die Kommunikation über unterschiedlich-ste Frequenzbereiche mit variablen Datenraten, variierendenBandbreiten und Modulationen ermöglichen.SoftRoc konzentriert sich technologisch auf das frei konfigu-rierbare Funk-Front-End, welches digital durch den Basisband-prozessor kontrolliert sein wird. Schlüsselbausteine wie All-Digital Phase-Locked-Loops, neuartige Sampling ReceiverArchitekturen, Filter, ADC’s und rauscharme Verstärker werdenmittels Very Deep Sub Micron (VDSM) CMOS im 65 nm-Bereich verwirklicht. Schrittweise wird dabei durch Designite-rationen ein Demonstrationsmodell entwickelt werden. DieSoftRoc-Integration wird eine Vielzahl unterschiedlicher Kom-munikationsstandards abbilden und damit bedienen können.

Die Realisierung einer flexiblen RF-Architektur über eine einfa-che Vervielfältigung der RF-Module, für jeden einzelnen draht-losen Mobilfunk-Standard, ist nicht zielführend. Der Platzbedarfam IC wäre zu hoch. Um dieses Problem zu lösen hat SoftRoceine rekonfigurierbare Empfängerarchitektur definiert, die aufeinem, mittels Software definierten, Konzept basiert, das einMaximum der Signalverarbeitung digitalisiert. Ferner werdeninnerhalb von SoftRoc neue Wege beschritten, um das analogeRF-Signal in sein digitales Basisbandäquivalent umzuwandeln.Es werden verschiedenste low-noise/low-power Bausteineentwickelt, die mit der niedrigen Versorgungsspannung desVDSM CMOS betrieben werden können. Die Spezifikationendieser Bausteine wurden bereits erfolgreich definiert und ersteTestchips liegen vor. In der folgenden Phase wird der Schwer-punkt auf minimalen Platzbedarf, niedrigste Versorgungsspan-nungen und geringstem Übersprechen liegen.

SoftRoC

FIT-IT SYSTEMS ON CHIP

Laufende Projekte

FIT-IT 77

Beyond Serial CMOS Links

Das Ziel des Projekts BEYOND ist es, eine innovative Techno-logie- und Design-Plattform für Hochgeschwindigkeits-Daten-bussysteme im Kurzstreckenbereich zu entwickeln. Da die ver-schiedenen bisher verwendeten Technologien (siehe unten)aus sehr ähnlichen Komponenten aufgebaut sind, verfolgt dasProjekt als Hauptziel die Entwicklung eines universellen PHY-Prototypen (bezeichnet eine physikalische Schnittstelle), derals Basis für die Hochgeschwindigkeits-Interfaces der Zukunftdienen wird.Die Fortschritte in Signalverarbeitung und IC-Technologiehaben zu einer enormen Erhöhung der Leistungsfähigkeit vonSystems on Chip (SoC) geführt. Die Kern-geschwindigkeit derheutigen ICs ist um ein Vielfaches höher als die Geschwindig-keit der Peripherie-Bussysteme. Als eine Folge davon ent-wickelt sich die Verfügbarkeit von adäquaten Schnittstellen zueinem wichtigen Faktor im Zusammenhang mit dem seriellenBus der Zukunft. Periphere Schnittstellen benötigen eine sorg-fältige Analyse des Kompromisses der Kosten gegenüber dererzielten Leistung. Aktuell erlebt die Elektronikindustrie, insbe-sondere die PC- und Serverindustrie, einen bedeutenden tech-nologischen Übergang: die traditionellen parallelen Datenbus-systeme werden durch serielle Hochgeschwindigkeitsverbin-dungen, wie SATA, PCI Express, Fibre Channel, HyperTransportoder InfiniBand ersetzt. Hier existiert eine starke Nachfragenach Innovationen auf dem Gebiet neuer serieller Schnittstel-len. Die Vorteile dieser neuen Technologien reichen von höch-

ster Geschwindigkeit, kleinsten Anschlussflächen über geringeKosten bis hin zu einer Reduktion der Komplexität in SoC undSystems in Package (SiP). Das Projekt beschäftigt sich sowohl mit diversen Aspekten desHochfrequenz-Designs, System Co-Designs, Fertigbarkeitinklusive Systemintegrationstests und Zuverlässigkeitsprüfun-gen als auch mit den Herstellungskosten in den einzelnen Pro-zessschritten. Die erwarteten Nebeneffekte wie Überspre-chen, Interferenzen, Zeitverzögerungen, Signalverlust, Skineffect, Jitter, usw. müssen während der Design- und Testpha-se berücksichtigt werden. Ein Schwerpunkt ist der Entwurf unddie Testphase von Hochleistungs-modulen im Analog- undMixed-Signal-Bereich. Die Ergebnisse von BEYOND werdenden Grundstein für die „embedded-PHY“ Lösungen über 8Gbit/s der kommenden 6 bis 8 Jahre legen. Die Herausforde-rung ist die Entwicklung eines Multistandard Serial InterfaceMacro für Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung mit mini-malem Leistungsverbrauch und zu niedrigsten Kosten.

BEYOND

FIT-IT SYSTEMS ON CHIP

Neu gestartete Projekte

Infobox01.10.2006 – 30.09.2008

Koordinator:

Infineon Technologies Austria AG Villachwww.infineon.comJohannes SturmSiemensstraße 2 9500 VillachT: +43 (0) 5 1777 - 6311M: johannes.sturm@infineon.com

Partner:

Technische Universität GrazInstitut für Elektronikwww.tugraz.atWolfgang Pribyl

Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen,EAS Dresdenwww.eas.iis.fraunhofer.deGünter Elst

78 FIT-IT

Infobox01.01.2007 – 30.06.2009

Koordinator:

Technische Universität GrazInstitut für Chemische Technologie anorganischer Stoffewww.ictas.tu-graz.ac.atBernhard GollasStremayrgasse 16/III8010 GrazT: +43 (0) 316 873 8281M: bernhard.gollas@tugraz.at

Partner:

SEZ AGwww.sez.comGerald Wagner

ECHEM Kompetenzzentrum für Angewandte Elektrochemie GmbHwww.echem.atGerhard Nauer

Copper Interconnect Fabrication Technology

Zum ersten Mal in der Halbleitertechnologie wird im Rahmen des „CopperInterconnect Fabrication Technology“ (CIFT)-Projekts die direkte elektro-chemische Abscheidung von Kupfer auf Barriereschichten in flüssigemAmmoniak erforscht.

Der wachsende Bedarf an schnelleren und leistungsfähigeren Computer-chips initiierte die Entwicklung immer kleinerer Strukturen mit höhererKomplexität, um Transistoren in Schaltkreisen und Systems on Chips (SoC)zu verbinden. Heute umfassen diese Verbindungsstrukturen acht bis elfMetallschichten.

Leiterbahnen aus Kupfer anstelle des herkömmlichen Aluminiums löstenkurz vor Beginn des 21. Jahrhunderts eine Revolution der Computerchip-Technologie aus. Aufgrund seines niedrigen elektrischen Widerstands stelltKupfer für den Einsatz in den oberen Chipebenen das beste Leitermaterialdar, was zu verbesserten elektrischen Ergebnissen und höherer Leistungdes Chips führt.

Für die Einführung der Kupfertechnologie wurden jedoch auch neue Her-stellungsverfahren notwendig, insbesondere komplexere Abscheidepro-zeße und spezielle Schichten wie Diffusionsbarrieren und Dielektrika mitgeringen Dielektrizitätszahlen. Die neuen Methoden stellen höhere Her-ausforderungen an Planung, Herstellung und Zuverlässigkeit der Chips.

Das Projekt untersucht die elektrochemische Abscheidung von Kupfer inflüssigem Ammoniak und anderen nicht-wässrigen Lösungsmitteln. Diespeziellen physikalischen und chemischen Eigenschaften von flüssigemAmmoniak erlauben die Abscheidung von Kupferschichten äußerst hoherQualität. Mit diesem Wissen werden durch elektrochemische AbscheidungHalbleiterstrukturen mit Kupfer gefüllt. In weiterer Folge erfolgt das Designeiner Abscheidezelle, die 300 mm-Halbleiterscheiben aufnehmen und pro-zessieren kann. Durch die Nutzung intelligenter Modelliersoftware wird soder Weg für eine neue Leiterbahnentechnologie geebnet. Die Auslegungder Prozesskammer spiegelt das Bedürfnis nach gleichmäßiger Kupferab-scheidung, verbesserten Materialeigenschaften und einem Kosten sparen-den und umweltfreundlichen Prozess wider.

Diese viel versprechende Technologie erlaubt die Entwicklung eines voll-kommen neuartigen Produktionsprozesses für Kupferleiterbahnen der inSoC- und Multichip-Anwendungen Verwendung finden wird.

CIFT

FIT-IT SYSTEMS ON CHIP

Neu gestartete Projekte

FIT-IT 79

Simulation-Based Requirements Testing of Power Aware SOC´s

SIMBA

FIT-IT SYSTEMS ON CHIP

Neu gestartete Projekte

Infobox01.10.2006 – 31.03.2009www.iti.tu-graz.ac.at/de/research/simba/

Koordinator:

Technische Universität GrazInstitut für Technische Informatik www.iti.tugraz.atChristian Steger8010 Graz, Inffeldgasse 16/1T: +43 (0) 316 873 6407M: steger@iti.tugraz.at

Partner:

CISC Semiconductor Design+Consulting GmbHwww.cisc.atMarkus Pistauer

UCD School of Computer Science and Informatics www.csi.ucd.ieDamian Dalton

Zielsetzung des Projekts SIMBA ist es, die aktuelle Entwurfs-methodik für Systems-on-Chip in Hinsicht auf eine enge Inte-gration der Systemanforderungen während Konzeption, Ent-wurf und Verifkation zu erweitern. Der Schwerpunkt liegt dabeiauf energiebewussten Systemen. Das Projekt besteht auszwei großen Teilen.Die erste Teilaufgabe betrifft die Herstellung einer Verknüpfungzwischen jenen Systemwerkzeugen, die Anforderungen aufSystemebene verarbeiten und jenen für die Systemimplemen-tierung auf Device-Ebene (am Chip).Die zweite Teilaufgabe is die Erweiterung eines Gate-Level-basierten Energieschätzungs-Tools (ENIGMA Power Tool) zueinem Rapid-Hierarchical-Energy- Investigation-Modeling-System, das auf verschiedenen Abstraktionsebenen operierenkann. Dieses Tool verwendet Case-Based Reasoning und wirdmit dem System Architect Designer (SyAD) mit verschiedenenGate- und System-Ebenen-Simulatoren verknüpft.

Die neue Entwurfsmethodik wird es ermöglichen, verschiede-ne Typen von Anforderungen zu berücksichtigen, die von derZielanwendung ausgehen und auf Systemebene definiert wer-den (funktionale und nicht-funktionale Anforderungen). Es gehtdarum, die Systemanforderungen auf Testanforderungen undletztlich auf Testspezifkationen abzubilden und mit diesen zuverknüpfen. Dieser Verknüpfungsprozess ordnet ein oder meh-rere Simulations-Setups einer oder mehreren Anforderungenzu. Dabei werden standardisierte und gebräuchliche Beschrei-bungssprachen wie UML oder SystemC auf verschiedenenAbstraktionsebenen verwendet. Mit dem neuen System wirddie Analyse von Energie-Anforderungen in allen Schritten desSoC-Design-Flows möglich. Zielarchitekturen für die Evaluierung der SIMBA-Methode sindbatteriebetriebene (unterstützt durch energy harvesting) Hig-her-Class-Tags (Tag-zu-Tag Kommunikation, aktive Kommunika-tion, ad-hoc-Networking-Fähigkeiten), Sensornetzwerke undSmart Cards.

80 FIT-IT

Systems-on-Chip for Portable Audio

Portable Audio-Geräte werden zunehmend komplexer. Bei die-sem muss ein hohes Maß an Funktionalität auf geringem Platzuntergebracht werden. Neben Audio- und Videoqualität ist derLeistungsverbrauch für portable Geräte ein wichtiges Kriteri-um, da es erforderlich ist, diese Geräte unabhängig von derNetzversorgung über einen möglichst langen Zeitraum betrei-ben zu können.Um diesen Herausforderungen zu begegnen, ist es notwendig,die Integrationsdichte zu erhöhen und sämtliche Funktions-blöcke in einem Gehäuse zu integrieren. Lösungen wieSystem-in-Package (SiP) oder System-on-Chip (SoC) erlaubendie kombinierte Integration von analogen und digitalen Schalt-kreisen.Die Wahl der Halbleitertechnologie wird bei SoC von den Anfor-derungen des Digitalteils bestimmt. Basis für eine effizienteRealisierung der digitalen Multimedia-Funktionalität sind

Halbleitertechnologien mit einer kleinen Strukturgröße. Durchdiese modernen Technologien kann der Leistungsverbrauchder digitalen Blöcke reduziert werden, wobei allerdings auchder Entwurf der analogen Funktionseinheiten zunehmend kom-plizierter wird. Es sind daher Analog-Digital Umsetzer (ADU)und Digital-Analog Umsetzer (DAU) erforderlich, die auf für digi-tale Schaltkreise optimierten Technologien noch robust undeffizient realisiert werden können.Delta-Sigma-Umsetzer ermöglichen aufgrund ihrer Kombinati-on von analoger und digitaler Signalverarbeitung die Vorteileeiner effizienten digitalen Signalverarbeitung zu nutzen undzugleich die Anforderungen an die analogen Schaltungsblöckezu reduzieren. Eine Optimierung dieser Konverter auf System-und Schaltungsebene sowie die Untersuchung neuer Topologi-en sollen dazu beitragen, eine neue Generation leistungsopti-mierter Umsetzer zu entwickeln.

socPod

FIT-IT SYSTEMS ON CHIP

Neu gestartete Projekte

Infobox01.08.2006 – 30.9.2009

Koordinator:

Technische Universität GrazInstitut für Elektronikwww.ife.tugraz.atWolfgang PribylInffeldgasse 12,8010 GrazT: +43 (0) 316 873 7521M: sek.ife@tugraz.at

Partner:

Fachhochschule Technikum KärntenGemeinnützige Privatstiftung (CUAS)www.fh-kaernten.atErwin Ofner

austriamicrosystems AGwww.austriamicrosystems.comMario Manninger

FIT-IT 81

Video Engine Design Methodology Rules

Aufgrund immer höherer Integrationsdichten moderner Sub-micron-Technologien der Chipindustrie werden die darin gefer-tigten integrierten Schaltkreise immer komplexer. Damit rech-net es sich komplette Multimediasysteme zu integrieren, dieaus Video-Dekodern und -Enkodern, Image Prozessoren,2D/3D Grafikbeschleunigern etc. bestehen. Allen diesen Modu-len ist gemein, dass hohe Rechenleistung gepaart mit großerDatenbandbreite nötig ist um eine korrekte Verarbeitung zugewährleisten. Um den Test- und Integrationsaufwand zu mini-mieren, werden im Allgemeinen die genannten Module (Deko-der, Enkoder, Image Prozessor etc.) getrennt implementiertohne dass Synergien zwischen den Modulen genutzt werden.Dies steht in Widerspruch zu dem Bestreben kostenoptimale(minimale Chipfläche) und leistungsoptimale (maximierteBetriebszeiten) Lösungen zu liefern.Das Ziel des VENDOR-Projektes ist es daher, eine neue Desi-gnmethode zu entwickeln, die aufzeigt, wie man gemeinsameRessourcen der Module lokalisiert und nutzen kann, um soChipfläche und Leistungsverbrauch zu optimieren. Dazu wer-den alle Funktionalitäten einer Videoarchitektur analysiert umso die optimale Partitionierung von Systems on Chip (SoC)Systemen im Nanometerbereich, zu finden. Zuerst wird einProfiling der Videofunktionalitäten an Hand von Parametern wiegeforderte Rechenleistung und Datenbandbreite, funktionaleHierarchie und Art der Algorithmen durchgeführt. Um ein über-greifendes Anforderungsprofil und die Spezifikation der VideoPlattform zu erhalten, müssen in einem nächsten Schritt Anfor-derungen verschiedener Betriebsmodi von unterschiedlichen

Anwendungen (z.B. Aufnehmen und Anzeigen von Videodateneiner Videokamera) mit den Ergebnissen des Profiling verbun-den werden. Dies ergibt die Spezifikation einer Video Plattform,auf der alle Funktionalitäten und Betriebsmodi flächen- und lei-stungsverbrauchsoptimiert laufen können. In der abschließen-den Projektphase wird die neue Methode an einem Testchip,der in 90 nm-Technologie gefertigt wird, verifiziert.VENDOR kommt vor allem Videosystemen mobiler Gerätezugute, für die Leistungsverbrauch und Chipfläche eine ent-scheidende Rolle spielen. Herstellern mobiler Geräte wird VEN-DOR bedeutende Vorteile bringen, da auf Basis der software-programmierbaren Plattform rasch auf neuste Trends diesessprunghaften Marktes reagiert werden kann.

Vendor

FIT-IT SYSTEMS ON CHIP

Neu gestartete Projekte

Infobox01.08.2006 – 31.07.2009

Koordinator:

ON DEMAND Microelectronics AGwww.odm.atGerald Krottendorfer 1220 Wien, Wagramer Straße 17-19, IZD Tower T: +43 (0) 1 269 79 85 161M: gerald.krottendorfer@odm.at

Partner:

DICE GmbH & CO KGwww.dice.atMarkus Schutti, Andreas Wasserbauer

Johannes Keppler Universität LinzInstitut für Integrierte Schaltungenwww.riic.uni-linz.ac.atRichard Hagelauer

Technische Universität WienInstitut für Softwaretechnik und Interaktive Systemewww.ims.tuwien.ac.atMargit Gelautz

82 FIT-IT

Die rasche Durchdringung aller Lebensbereiche mit Informationstechnologie erhöht die Not-wendigkeit, dass IT-Systeme die Eigenschaft der Vertrauenswürdigkeit aufweisen. In den näch-sten zehn Jahren sind hierzu große technologische Herausforderungen zu bewältigen. Diese sind auch mit substanziellen wirtschaftlichen Potenzialen in Österreich verknüpft, etwa inden Bereichen rund um Chip- und SIM-Karten, die geeignete Sicherungsverfahren benötigen,welche mit den knappen verfügbaren Energiequellen auf den Karten das Auslangen finden. Aufdiesem Gebiet sind österreichische Industriestandorte bereits heute führend. Weitere öster-reichische Stärkefelder bestehen in den Bereichen sicheres eGovernment und sichere einge-bettete Systeme (dependable embedded systems).

Eine wichtige Dynamik entsteht durch die rasant fortschreitende Vernetzung von IT-Systemen.Es herrscht Bedarf nach neuen Sicherheitstechnologien gegen gezielte Attacken auf vernetzteIT-Systeme ebenso wie vertrauenswürdige Hardware- und Softwarelösungen im sich abzeich-nenden „Internet der Dinge“. Weiters gilt es, die technologischen Voraussetzungen für vertrau-enswürdige Prozesse und komplexe Systeme in Anwendungsgebieten wie eGovernment,eHealth, Kommunikationsinfrastrukturen, Leit- und Fertigungssystemen zu schaffen. Hier sindsowohl in der Gestaltung grundlegend sicherer IT-Basiskomponenten als auch in der heteroge-nen Integration im Sinne von end-to-end Trust ungelöste technologische Herausforderungen zubewältigen.

In konzentrierter Zusammenarbeit zwischen Spitzenwissenschaft und innovativer Wirtschaft fördert FIT-IT neue Technologien im gesamten Bereich Trust in IT Systems. Wichtige Themen-felder sind zum Beispiel:

> Netzwerkprotokolle und Betriebssysteme

Security Engineering – Implementierung korrekter Systeme

> Architekturen, Middleware und Entwurfsmethoden für

zuverlässige komplexe, lose gekoppelte Systeme

> Kryptologie

> Mikrochip-Design

> Technologien für Privacy und Identity Management sowie

Digital Rights Management

FIT-IT

Trust in IT Systems

FIT-IT 83

84 FIT-IT

Generating RANDom values for Encryption in the presence

of Side Channel and other Attacks

Viele Anwendungen im Bereich der Informationssicherheit ver-wenden kryptographische Grundfunktionen (Ver- und Ent-schlüsselung, Signaturgenerierung und -verifikation, schlüssel-basierte und schlüssellose Hashfunktionen ...) um Transaktio-nen, Prozesse und Protokolle abzusichern. Zur Stärkung von„Trust in IT-Systems“ muss das Vertrauen in diese Grundfunk-tionen, beziehungsweise in deren Implementierung, erhöhtwerden. Obwohl in vielen Fällen für die Sicherheit von IT-Syste-men keine Beweise existieren, werden solche Grundfunktio-nen doch als sicher erachtet, wenn einerseits die wählbarenParameter (Schlüssellängen, Blockgrößen ...) entsprechendgroß gewählt werden und andererseits die Algorithmen einersorgfältigen, meist mehrjährigen Evaluierung durch ExpertIn-nen unterzogen wurden. Dann ist die Sicherheit durch zufälli-ges („nicht vorhersagbares“) Schlüsselmaterial der entspre-chenden Bitlänge gewährleistet.Im Falle nicht sicherheitsgerechter Implementierungen krypto-graphischer Grundfunktionen in Hard- oder Software wurden inden letzten Jahren besonders im Umfeld von Chipkartenpro-dukten sogenannte Seitenkanalattacken entwickelt, die nachMessung datenabhängiger physikalischer Größen (Strom, Aus-führungszeit …) und Anwendung statistischer Methoden (Kor-relationsfunktionen) Rückschlüsse auf die geheimen Schlüssel-zahlen ermöglichen. Selbst nach Entwicklung zahlreicher

Gegenmaßnahmen (Maskierung und sogenannte „dual-rail pre-charge“-Logikfamilien) seitens Industrie und akademischerInstitutionen gibt es keine Entwicklungsumgebung, welche mitStandardwerkzeugen unter Einbeziehung von Gegenmaßnah-men den Entwurf inhärent sicherer Schaltungen ermöglicht.Hier setzt GRANDESCA an: Ein Ziel des Projektes ist die Ent-wicklung verbesserter maskierter dual-rail pre-charge Logik(iMDPL) und der Entwurf einer gegen mehrere Seiten-kanalattacken immunen Verschlüsselungsschaltung durch denPartner IAIK. Weiters soll bei Infineon ein Prototyp eines robu-sten Hardware-Zufallszahlengenerators entwickelt werden, dasich nach Absicherung der Implementierungen gegen Seiten-kanalattacken der Fokus für Angreifer in Richtung Schlüssel-materialien verschieben wird.Die wirtschaftliche Relevanz von GRANDESCA lässt sich unteranderem daran ermessen, welch enormer Kostenvorteil in derProduktentwicklung von sicherer Hardware durch eine Ent-wicklungsumgebung mit Standardwerkzeugen verglichen mitheutigen Lösungen erzielt werden könnte. Sicherheitsrelevan-te Schaltungen befinden sich nicht mehr ausschließlich in Chip-karten, sondern auch in staatlichen Dokumenten (Reisepässen,Personalausweise, Führerscheine) und vermehrt als „root oftrust“ in Trusted Platform Modules (TPMs) von Laptops undmobilen Endgeräten.

GRANDESCA

FIT-IT TRUST IN IT SYSTEMS

Projekte der ersten Ausschreibung

Infobox01.02.2007 – 31.01.2009

Koordinator:

Infineon Technologies Austria AGwww.infineon.com/austriaHolger Bock8020 Graz, Babenbergerstr. 10Tel.: +43 (0) 5 1777 - 5393Mail: holger.bock@infineon.com

Partner:

Technische Universität GrazInstitut für Angewandte Informationsverarbeitungund Kommunikationstechnologie (IAIK)www.iaik.tugraz.at Thomas Popp

Infobox01.03.2007 – 28.02.2009www.iaik.tugraz.at/research/trusted_computing/topas

Koordinator:

TU Grazwww.iaik.tugraz.atPeter Lipp8010 Graz, Inffeldgasse 16aT: +43 (0) 316 873 5513M: peter.lipp@iaik.tugraz.at

Partner:

Philips Semiconductors Gratkornwww.nxp.comErnst Haselsteiner

Trust Oriented Platform For Advanced Security

Mobile eingebettete Systeme, wie zum Beispiel Mobiltelefone,PDAs oder Netzwerk-Router sind zu mächtigen kleinen multi-funktionalen Geräten geworden, die mit PCs vergleichbareFähigkeiten haben. Dadurch sind sie für mehr und mehr Ein-satzbereiche verwendbar. Viele dieser Einsatzbereiche habenhohe Sicherheitsanforderungen: eBanking, Aktienhandel oderVPN-Verbindungen sind dafür Beispiele. In der Zukunft werdenderartige Geräte als Teil eines „Internets der Dinge“ mit ande-ren Objekten in der Nähe kommunizieren, Statusinformationabfragen und anbieten, und Objekte in der Umgebung kontrol-lieren. Diese Geräte werden ihren Besitzern so vertraut seinwie Mobiltelefone und in Anwendungsszenarien mit hohenSicherheitsanforderungen einsetzbar sein. „Vertraut“ bedeutetdabei, dass die auf dem Gerät eingesetzte Software nachweis-bar berechtigt und unverändert ist und sich so verhält wie man

es von ihr erwartet. Das Hauptziel des Projekts TOPAS ist dieEntwicklung eines Frameworks von mobilen vertrauten Platt-formen, das auf einer Vielzahl von mobilen und eingebettetenSystemen einsetzbar ist und kosteneffizient Trusted-Compu-ting-Technologie verfügbar macht, unabhängig von den Sicher-heitseigenschaften des zu Grunde liegenden Systems.Elektronische Eintrittskarten, Zahlungssysteme und die digitaleRechteverwaltung (digital rights management, DRM) sind dieSchlüsselanwendungen für den Einsatz von Trusted-Compu-ting-Technologie. Diese drei Anwendungen benötigen hoheSicherheit, da Sicherheitsmängel sofortige finanzielle Auswir-kungen haben. Auch sind die Interessensvertreter hier nicht dieGeräte-Hersteller, sondern die Service-Anbieter, die früher oderspäter von den Herstellern den Einsatz von Trusted-Computing-Technologie fordern werden.

FIT-IT 85

TOPAS

FIT-IT TRUST IN IT SYSTEMS

Projekte der ersten Ausschreibung

86 FIT-IT

Malicious Code Analysis and Detection

Schadsoftware, wie etwa Würmer und Viren, taucht mittler-weile in so vielen Varianten im Internet auf, dass eine reinmusterbasierte Suche, bei der das Software-Programm an sichauf bestimmte Merkmale untersucht wird, mittelfristig nichtmehr zielführend ist.Das Projekt Pathfinder erarbeitet Methoden, um generellereund robustere Beschreibungen von Schadsoftware zu erstel-len. Diese Beschreibungen sind nicht von syntaktischen Verän-derungen innerhalb der Schadsoftware beeinflusst, und dasZiel ist es, Techniken zur Analyse und Aufzeichnung von Binär-codeverhalten zu entwickeln. Beschreibungen des Verhaltenssind abstrakter und semantisch wertvoller als syntaktische Signaturen und erlauben ganze Klassen von Schadsoftware zuidentifizieren.Schadsoftware stellt nicht nur eine essentielle Bedrohung fürdie Sicherheit und Privatsphäre von Computerbenutzern dar,sondern verursucht signifikanten finanziellen Schaden: Für dasJahr 2005 wurde dieser mit mit 14 Mrd. US-Dollar beziffert.Derzeit sind Antivirenhersteller auf die aufwändige, manuelleAnalyse von Schadsoftware angewiesen. Die Ergebnisse desPathfinder-Projektes sollen die Grundlage für eine neue, effizi-entere Klasse von verhaltensbasierten Antivirensystemen bil-den.Im Vorfeld dieses Projektes wurden bereits zahlreiche For-schungsartikel im Bereich „Malware Detection“ an der Techni-

sche Universität Wien publiziert und TTAnalyze, ein Tool zurautomatischen Analyse von Schadsoftware entwickelt. TTAna-lyze führt unbekannte Programme in einer gesicherten Umge-bung aus und protokolliert deren gesamte Kommunikation. DaTTAnalyze nicht in der Lage ist, multiple Ausführungspfade zuanalysieren, soll das Projekt Pathfinder Methoden entwickeln,um alle möglichen Ausführungspfade zu berücksichtigen.Partner Secure Business Austria (SBA) bringt seine For-schungskompetenz in der Erkennung von Schadsoftware indas Projekt ein und übernimmt außerdem das Projektmanage-ment.Das Secure Systems Lab der Technische Universität Wien kannauf seine exzellente Forschung und Projekterfahrungen in derProgrammanalyse und der Erkennung von Schadsoftwarezurückgreifen.Ikarus Software GmbH hat langjährige einschlägige Erfahrung,verfügt über Marktexpertise im Bereich der Verhaltensanalysevon Schadsoftware und stellt seine umfassende Schadsoft-ware- Datenbank zu Verfügung.

Pathfinder

FIT-IT TRUST IN IT SYSTEMS

Projekte der ersten Ausschreibung

Infobox01.03.2007 – 31.08.2009pathfinder.securityresearch.at

Koordinator:

Secure Business Austria www.securityresearch.atEdgar Weippl1040 Wien, Favoritenstrasse 16T: +43 (0) 1 5031280M: eweippl@securityresearch.at

Partner:

Technische Universität Wienwww.auto.tuwien.ac.atChristopher Kruegel

IKARUS Software GmbHwww.ikarus-software.atThomas Mandl

Visual Computing ist eine Kombination mehrerer Bereiche der Informatik – vor allem der Com-putergraphik und Computer Vision, sowie von Aspekten der Mensch-Maschine-Interaktion, derMustererkennung, des maschinellen Lernens, von Cognitive Systems (Cognitive Vision) undDigitaler Bibliotheken. Gerade auch durch die Kombination der verschiedenen Forschungsberei-che sollen neuartige visuelle Werkzeuge und Analyseverfahren entstehen.

Wichtige technologische Fragestellungen rücken erst mit der Verfügbarkeit ausreichenderRechenkapazitäten in das Blickfeld der Forschung:So können in der produzierenden Industrie Designprozesse beschleunigt werden, wenn z.B. ausdem Lehmmodell eines neuen Autos automatisch ein digitales 3D-Modell erzeugt wird. Die wachsenden Datenmengen in Wissenschaft und Wirtschaft können durch visuelle Aufbe-reitung für Anwenderinnen und Anwender durchschaubar gemacht werden. In Multimedia-Datenbanken soll nach bestimmten Bildinhalten gesucht, in der Robotik müssenbewegte Objekte visuell verfolgt werden. Für Geoinformationssysteme, Computerspiele oder Lernprogramme gibt es Bedarf nach neuenVerfahren zur Erzeugung interaktiver virtueller Welten.

In diesen Themengebieten besteht in Österreich großes Potenzial auf Forschungsseite und einedynamische Szene spezialisierter Unternehmen. Die FIT-IT Programmlinie verfolgt die spezifi-sche Aufgabe, die bestehenden technologischen Kompetenzen zu vernetzen und zu fokussie-ren, um noch mehr von den Stärken der österreichischen Forschung in diesem Bereich zu profi-tieren.

Die bisher geförderten Projekte lassen sich in die folgenden Kategorien einordnen:

> Modellierung

> Visualisierung / Interaktive Visuelle Analyse

> Maschinelles Sehen / Computer Vision

> Rendering

FIT-IT

Visual Computing

FIT-IT 87

88 FIT-IT

Procedural Worlds for Games

GAMEWORLD

FIT-IT VISUAL COMPUTING

Modellierung

Infobox01.03.2007 – 28.02.2010www.cg.tuwien.ac.at/research/projects/GAMEWORLD

Koordinator:

Technische Universität WienInstitut für Computergraphik und Algorithmenwww.cg.tuwien.ac.atMichael WimmerFavoritenstr. 9-11/1861040 WienT: +43 (0) 1 58801 - 18687M: wimmer@cg.tuwien.ac.at

Partner:

Sproing Interactive Media GmbHwww.sproing.atHarald Riegler

Arizona State Universityprism.asu.eduPeter Wonka

GAMEWORLD (Procedural Worlds for Games) erforscht neueMethoden für die durch Automatisierung unterstützte compu-tergrafische Generierung von Städten, Dörfern und anderenUmgebungen wie sie in den Computerspielen der nächstenGeneration verwendet werden.Die Erstellung von dreidimensionalen Modellen ist eine derzeitintensivsten und teuersten Aufgaben bei der Entwicklungeines Computerspiels. Die aktuell übliche Methode der manu-ellen Erstellung wird auf Grund des stets steigenden Detailgra-des, der von virtuellen Umgebungen erwartet wird, immer auf-wändiger.Dieses Projekt soll die Erstellung von interaktiven 3D Modellenbei möglichst hoher Benutzerkontrolle vereinfachen und wei-testgehend automatisieren. In Gameworld sollen dabei nicht nur Außenteile von Gebäudenmodelliert werden, sondern auch Innenräume sowie Strassen-netzwerke und andere urbane Infrastrukturelemente (Beschil-derung, Ampeln etc.), sowie darüber hinausgehende Informa-tionen, die die Spiellogik beeinflussen.Über all dem steht jedoch das Ziel, den Designern ein Tool indie Hand zu geben, das auch die notwendige Kontrolle sowohlüber die optische und architektonische Ästhetik als auch desGame Designs erlaubt.Erreicht werden soll all das über komplexe Regelsysteme, vondenen erste Prototypen bereits an der Technische UniversitätWien und der Arizona State University entwickelt wurden. DasProjektteam erhofft sich von diesen innovativen Ansätzen in

einigen Jahren unter Produktionsbeding-ungen einsetzbareTools, mit denen der Aufwand bei der Erstellung von interakti-ven Städten und ähnlichen virtuellen Welten mindestens hal-biert werden soll. Mögliche Anwendungen sind dabei abernicht auf Spiele begrenzt, sondern überall dort möglich, wo vir-tuelle Umgebungen erzeugt werden.Das Projektkonsortium vereinigt einen idealen Mix aus wissen-schaftlicher und praktischer Erfahrung. Die akademischen Part-ner Technische Universität Wien und Arizona State Universitybetreiben schon seit einiger Zeit gemeinsame Forschung imBereich der prozeduralen Modellierung. Sproing ist Österreichsführender Video- und Computerspiele-Entwickler, und bringtsein Wissen und seine langjährige Erfahrung über die genauenBedürfnisse der Branche in das Projekt ein.

Multilayer Freeform Structures

In der Vergangenheit waren zahlreichen Bauvorhaben engeGrenzen durch die Unterschiede zwischen den Vorstellungender Architekten auf der einen Seite und den Vorgaben derBauingenieure auf der anderen Seite gesetzt. Während dieArchitektur ästhetische Punkte in den Vordergrund stellt, sindder Konstruktion durch ingenieurtechnische Möglichkeiten undKostenschranken die Hände gebunden. Das Projekt "MultilayerFreeform Structures" versucht diese Lücke zu schließen undentwickelt geometrische computergestützte Methoden, dieRealisierungen von Freiformarchitektur mit mehrschichtigenNetzkonstruktionen und ebenen Facetten vereinfachen bzw.überhaupt erst ermöglichen.Aktuelle Forschungsergebnisse auf dem Gebiet der diskretenDifferentialgeometrie bilden die Grundlage für die Arbeit, diebereits auf erste Resultate verweisen kann. Diese behandelndie Beschreibung von Freiformflächen durch Vierecks- undSechsecknetze mit ebenen Facetten und Algorithmen zurBereichnung von Trägerstrukturen mit opitmalen Knoten. In derScientific Community haben die bisher erzielten Forschungser-gebnisse ein sehr positives Echo hervorgerufen. Eine Publikati-on stellte bei der führenden Computergraphik-Tagung SIG-GRAPH das Cover der Konferenz-Proceedings, und ein erstesentsprechendes Patent wurde bereits eingereicht.

Die wissenschaftliche Basis des Projektes bilden Forscher ausallen drei erwähnten Bereichen: sowohl die Architektur (Institutfür Architekturwissenschaften, Technische Universität Wien)als auch die Konstruktion (Waagner Biro Stahlbau AG, Wien)und vor allem die Geometrie (Forschungsgruppe Geometri-sches Modellieren und Industrielle Geometrie, Technische Uni-versität Wien und Institut für Geometrie, Technische Univer-sität Graz) arbeiten im Rahmen dieses Projekts an innovativenLösungen. Die Resultate werden das Fachwissen in Geome-trie, Architektur und Konstruktionswesen in Österreich undEuropa wesentlich erweitern. Zahlreiche Bauvorhaben werdenvon den neuen Möglichkeiten der Realisierung von Freiform-geometrien und der vereinfachten Kommunikation zwischenArchitektuen, Ingenieuren und Bauherren profitieren.

FIT-IT 89

MLFS

FIT-IT VISUAL COMPUTING

Modellierung

Infobox01.04.2007 – 31.03.2010dmg.tuwien.ac.at/fg4

Koordinator:

Institut für Diskrete Mathematik und Geometriedmg.tuwien.ac.at/fg4Helmut PottmannWiedner Hauptstraße 8-10/104; 1040 WienT: +43 (0) 1 58801 - 11404M: pottmann@geometrie.tuwien.ac.at.

Partner:

Waagner Biro Stahlbau AGwww.waagner-biro.at Rene Ziegler

Technische Universität WienInstitut für Architekturwissenschaftenwww.iemar.tuwien.ac.atSigrid Brell-Cokcan

90 FIT-IT

Automated Photogrammetric Aerial Feature Analysis

Die systematische Erzeugung von Modellen der realen Welt fürdas Internet kann nur dann gelingen, wenn die bis dato weit-gehend händische Bearbeitung von Daten durch automatischeMethoden ersetzt wird. Von besonderem Interesse ist dieExtraktion von Gebäuden, Straßen, Vegetation und Wasser-flächen und deren Interaktionen. Jahrzehnte an Forschungsar-beiten wurden bereits investiert um diese vier Klassen auto-matisch aus Luftbildern zu extrahieren. Dieses Projekt soll sichsignifikant dem Ziel nähern, vollautomatisch aus Bildern dienotwendige Information zu extrahieren.

Einerseits ermöglicht der Fortschritt in der digitalen Luftbild-photograhie die Erzeugung von hoch redundanten digitalenLuftbildern. Die Luftbilder weisen eine Überlappung von 60%-80% auf, sodass jeder Punkt der Erde in mindestens 10 Bildernzu sehen ist. Diese hochgradige Redundanz kann von der Algo-rithmik zur Steigerung der Robustheit verwendet werden.Zweitens, die geometrische Redundanz wird durch radiometri-sche Redundanz unterstützt (neben den klassischen KanälenRot, Grün, und Blau steht auch noch Infrarot zur Verfügung,

dass vor allem die Erkennung von Vegetation erheblich erleich-tert). Drittens, im Rahmen dieses Projektes wird die klassische3D-Objektrekonstruktion (mittels Stereo) um neue Objekter-kennungsmethoden erweitert. Dies ermöglicht die Einbringungvon Semantik in den Rekonstruktionsprozess (es wird ein Autoerkannt, statt einer leicht erhobenen Punktwolke auf derStraße).

Das Ziel dieses Projektes ist die systematische Erforschungdes Zusammenhangs zwischen 3D-Rekonstruktion und Objek-terkennung. Aus diesem Zusammenspiel wird eine deutlicheQualitätssteigerung der 3D-Modelle erwartet, aber auch einedeutlich bessere Semantik der Modelle (die wiederum für eineeffiziente Suche genutzt werden kann).

Die Erzeugung von 3D-Stadtmodellen (Stichwort Virtual Earth)ist mittlerweile Teil des globalen Internetsuchmarktes der aufein Marktvolumen bis zu US$ 50 Mrd. anwachsen kann. DiesesProjekt wird einen signifikanten Einfluss auf die vollautomati-sche Erzeugung von 3D-Modellen aus Luftbildern haben.

APAFA

FIT-IT VISUAL COMPUTING

Modellierung

Infobox01.04.2007 – 31.03.2010www.icg.tugraz.at/research/APAFA

Koordinator:

Technische Universität GrazInstitut für Computer Graphics and Visionwww.icg.tugraz.atFranz Leberl8010 Graz, Inffeldg. 16/IIT:+43 (0) 316 873 - 5011M: leberl@icg.tugraz.at

Partner:

Microsoft-Vexcelwww.vexcel.comKonrad Karnerür

FIT-IT 91

Infobox01.04.2007 – 31.03.2009

Koordinator:

VRVis Forschungs-GmbHwww.VRVis.atStefan Maierhofer1220 Wien, Donau-City-Straße 1T: +43 (0) 1 20501 30100M: Office@VRVis.at

Partner:

ÖBB ImmobilienmanagementGmbHwww.oebb-immobilien.at Winfried Stix

Österreichisches Forschungs- undPrüfzentrum Arsenal Ges.m.b.Hwww.arsenal.ac.atNorbert Brändle

Joanneum Research Forschungs-GmbHwww.joanneum.atOliver Sidla

ÖBB Werbecenter GmbHwww.oebb-werbecenter.atWolfgang Wagner

ÖBB Infrastruktur Bau AGwww.oebb.atFriedrich Brimmer

ÖBB Infrastruktur Betrieb AGwww.oebb.atRupert Weinfurter

3D-Interactive Navigation, Simulation and Illustration of Diverse Edifices

Das Management vongroßen öffentlichen Trans-portinfrastrukturgebäudenerfordert aktuelle Informatio-nen über den aktuellen Standdes Gebäudes, seine Nut-zung durch Personen undwie bestimmte Änderungendas gesamte Gebäude-management beeinflussenwürden. Interaktive, dreidi-mensionale Navigation,Simulation und Visualisie-rung können hierbei einestarke Hilfestellung geben.

Das Ziel von 3D-INSIDE ist die erstmalige Vereinigung von neuen Techniken desVisual Computings in einem Prototyp zur 3D-Visualisierung, Navigation und Besu-cherstromanalyse in Innenräumen von öffentlichen Verkehrsmittelinfrastrukturen.

Das Konsortium wird im Rahmen des Projektes (1) Techniken zur raschen und auto-matischen Generierung von 3D Innenraum Modellen entwickeln; (2) realistischeSimulationen von bisher nicht gut erkannten Fußgängerverhalten innerhalb der Infra-struktur ermöglichen, indem videobasierte Besucherstromdaten mit modernen Algo-rithmen der Video-Personenerkennung und Verfolgung integriert werden; (3) dieErgebnisse der vision-based Modellierung sowie der Fußgängerstromsimulation ineiner effizienten 3D-Viewer-Applikation integrieren. Die Kombination dieser verschie-denen Komponentechnologien ist ein wichtiger Aspekt des Projekts. Die bildbasierte3D-Rekonstruktion einer Innenraumumgebung wird a priori eine Festlegung vonKamerapositionen und Sichtfeldern für die Messung von Fußgängerpfaden erlauben.Kontextbasiertes Wissen wird in die Fußgängerdetektion eingebaut, was zu einer Ver-ringerung der Berechnungskomplexität und zu verlässlicheren Ergebnissen führt.

Bis zum Jahr 2011 werden mehr als zehn große österreichische Bahnhöfe mit einemInvestitionsvolumen von über 1 Mrd. EUR entweder umgebaut oder neu gebaut wer-den. 70 % der Umsätze der Unternehmenspartner (ÖBB) werden in den 28 am mei-sten frequentierten Bahnhöfen umgesetzt. Ein einfach zu aktualisierendes 3D-Über-blickmodel der Gebäude sowie ein besseres Verständnis für das Verhalten der Besu-cher wird die Instandhaltung und das Management dieser Bahnhöfe vereinfachen.Gleichzeitig kann das Serviceangebot für mehr als 360.000 Kunden täglich verbessertwerden. Die Möglichkeit das Verhalten von 45 % der täglichen Kunden zu verstehenund dieses für Unternehmenspartner und Infrastrukturmanager abzubilden stellt einwichtiges Marketing-Tool dar. Die Methoden, welche in diesem Projekt erforscht undentwickelt werden, sind auch für andere europäische Infrastrukturbetreiber sowieFlughäfen und Einkaufszentren von großem kommerziellen Interesse.

3D-INSIDE

FIT-IT VISUAL COMPUTING

Modellierung

92 FIT-IT

Visual Analytics Methoden zur visuellen sowie automatischen Analyse von

multivariaten, zeitorientierten Daten und Informationen

Die uns zur Verfügung stehenden Möglichkeiten zur Generie-rung und Sammlung von Daten und Informationen haben inden letzten Jahren eine immense Steigerung erfahren, die tra-ditionelle Methoden der Datenanalyse, wie Tabellenkalkulatio-nen, ad-hoc Anfragen oder simple Visualisierungen bei weitemüberfordern. Die Untersuchung von Trends, Mustern undZusammenhängen sind im Besonderen beim Umgang mitgroßen Datenmengen von Bedeutung. Die visuelle Wahrneh-mung des Menschen ist hoch entwickelt und vor allem daraufspezialisiert, visuelle Muster rasch zu erkennen. Deshalb kön-nen Visualisierungen sehr erfolgreich bei der Unterstützung sol-cher Aufgaben eingesetzt werden. Aber angesichts der riesi-gen Datenmengen, denen wir heutzutage gegenüberstehen,ist die ausschließliche Anwendung visueller Methoden nichtausreichend.Zeit ist über viele Anwendungsbereiche hinweg eine wichtigeDatendimension. Es existieren allerdings nur wenige Metho-den zur Unterstützung der Analyse von zeitorientierten Datenund Informationen. Die Dimension Zeit ist durch einzigartigeCharakteristika geprägt, die ihre Komplexität dramatischerhöhen und spezielle Methoden zur Unterstützung der Analy-se und Visualisierung erfordern. Besonders jene Probleme, diedurch die Kombination von mehreren, heterogenen Datenquel-len in reellen Anwendungsszenarien entstehen, übersteigenoft die Möglichkeiten derzeitiger Methoden.Um diese methodischen Lücken schließen zu können, zielenwir auf die Entwicklung neuer Visual Analytics Methoden zurvisuellen sowie automatischen Analyse von multivariaten, zei-

torientierten Daten und Informationen ab, um neue und uner-wartete Trends, Muster und Beziehungen erkennen zu können.Die Hauptziele der verzahnt operierenden visuellen und analyti-schen Methoden sind die Sicherstellung der Benutzbarkeit undgute Steuerbarkeit der integrierten Mining-Techniken durchden Einsatz interaktiver Visualisierungen und visueller Benut-zerschnittstellen.Die Aufgaben der Entwicklung der visuellen und analytischenMethoden werden vom Department für Information- und Kno-wledge Engineering durchgeführt. Für die Aspekte der Benutz-barkeit und Verständlichkeit der zu entwickelnden Methodenist das Department für Wissens- und Kommunikationsmanage-ment zuständig. Die XIMES GmbH bringt ihr Know-How imBereich Zeit- und Schichtplanung sowie Problemstellungen ausAnwenderInnensicht und Kontakte zu potentiellen BenutzerIn-nen ein.

DisCo

FIT-IT VISUAL COMPUTING

Visualisierung / Interaktive Visuelle Analyse

Infobox01.03.2007 – 28.02.2010www.donau-uni.ac.at/disco

Koordinator:

Donau-Universität KremsDepartment für Information und KnowledgeEngineeringwww.donau-uni.ac.at/ikeSilvia Miksch3500 Krems, Dr.-Karl-Dorrek-Str. 30T: +43 (0) 2732 893-2451M: silvia.miksch@donau-uni.ac.at

Partner:

XIMES GmbHwww.ximes.comJohannes Gärtner

Donau-Universität KremsDepartment für Wissens- und Kommunikations-managementwww.donau-uni.ac.at/wukHanna Risku

Infobox01.08.2007 – 31.07.2009http://genoptikum.icg.tugraz.at/

Koordinator:

Technische Universität GrazInstitut für Computer Graphikwww.icg.tugraz.atDieter Schmalstieg8010 Graz, Inffeldgasse 16T: +43 (0) 316 873 - 5011M: schmalstieg@icg.tugraz.at

Partner:

Medizinische Universität Grazwww.meduni-graz.atHeimo MüllerKurt Zatloukal

Oridis Biomed Forschungs- und EntwicklungsGmbHwww.oridis-biomed.comGeorg Casari

Visual Data Minig for Genetic Data

GENOPTIKUM ist ein System zur hypothesengesteuerten Ana-lyse multidimensionaler Datenräume im Gebiet der personali-sierten Medizin. Ein multidimensionaler Datenraum bestehthierbei aus molekularen Daten (genetische Polymorphismen,Genexpressionsdaten, Proteomics) und einer Reihe von klini-schen Parametern.Ein zentrales Forschungsproblem der personalisierten Medizinist die Frage, wie die Verknüpfungen zwischen genetischenVariationen und Krankheiten, bzw. dem Ansprechen aufbestimmte Medikamente, gefunden werden können. Dazu giltes, zum Beispiel Gendaten mit klinischen Daten zu verknüpfenund in Folge spezifische Patientengruppen zu identifizieren.Dies ist mit Standardmethoden der Statistik und der Bioinfor-matik nicht mehr möglich, da insbesondere die klinischenDaten sehr inhomogen gegeben sind und oftmals Strukturen inden Daten durch Rauschen bzw. dominante Muster verdecktwerden.GENOPTIKUM wird mit Hilfe von Visualisierungstechniken dieStruktur in den Datenräumen sichtbar machen und eine inter-aktive Navigation und Strukturierung sowohl der molekularen,als auch der klinischen Daten erlauben. Sowohl für einzelneObjekte, wie z.B. ein Krankheitsverlauf oder eine Gruppe vonGenen, als auch für die Verteilung einzelner Datenwerte wer-

den spezielle visuelle Zeichen (Glyphen) entwickelt, und ineinem drei-dimensionalen Raster angeordnet. Die dabei ent-stehenden visuellen Muster bilden den Ausgangspunkt für dienachfolgende Analyse. Durch eine enge Verknüpfung mehrerergleichzeitig wirksamer Eingabekanäle und die sofortige Sicht-barkeit der Analyseschritte in der Visualisierung steht demExperten ein Werkzeug zu interaktiven Erkundung von komple-xen Datenräumen zur Verfügung. Als Eingabeparameter fürAnalysealgorithmen nutzt GENOPTIKUM hierbei die menschli-che Fähigkeit, komplexe Muster und Zusammenhänge visuellbereits in Ansätzen zu erfassen, und erlaubt dadurch das Frei-legen sonst verdeckter Strukturen.

FIT-IT 93

GenOptikum

FIT-IT VISUAL COMPUTING

Visualisierung / Interaktive Visuelle Analyse

94 FIT-IT

Advanced Unsupervised Monitoring and Visualization of Complex Scenarios

Der Videoüberwachungsmarkt erlebt momentan erhebliche Zuwachsraten.Analysten prognostizieren jährliche Zuwachsraten von 36,9% bis zum Jahr2009. Der Trend in der Videoüberwachung geht eindeutig in Richtungzunehmender Kameras und Beobachtung von komplexen Szenarien (z.B.Menschenmassen). Am Markt verfügbare Überwachungssysteme könnenmit dieser vermehrten Komplexität nicht Schritt halten. Die Detektionsra-ten sind zu niedrig, der Installationsaufwand zu hoch und die Verlässlichkeitzu gering. All dies sind Faktoren die den breiten Einsatz dieser Technologiebehindern.

Die Zielsetzung von AUTOVISTA ist, moderne Techniken aus dem Bereichder Computer Vision und Computer Grafik einzusetzen um diese Problemezu lösen: Insbesonders werden neue on-line Methoden aus dem Bereichdes maschinellen Lernens eingesetzt um die Verlässlichkeit der Erkennungentscheidend zu verbessern. Neben einer gesteigerten Performance derSysteme trägt dies auch zu einer Reduktion der Installations- und War-tungskosten bei. Ein weiteres Ziel ist es, neue Visualisierungs- und Inter-aktionstechniken zu entwickeln, um dem menschlichen Beobachter einenbesseren Überblick über die zu beobachtende Szene zu gewähren. Diessoll einem Operator die Möglichkeit geben gleichzeitig sehr viele Kameraszu beobachten. Ein weiteres Ziel von AUTOVISTA ist es, Methoden zu ent-wickeln, um Szenen mit einer hohen Personendichte zu überwachen. Hiermüssen völlig neue Wege beschritten werden, denn Ansätze die auf derDetektion und der Verfolgung von einzelnen Personen beruhen sind in die-sen Szenarien zum Scheitern verurteilt.

Die entwickelten Methoden sollen zur Erfassung von Statistiken sowie zurDetektion von außergewöhnlichen Ereignissen eingesetzt werden.

AUTOVISTA

FIT-IT VISUAL COMPUTING

Maschinelles Sehen / Computervision

Infobox01.04.2007 – 31.03.2009www.icg.tugraz.at/research/AUTOVISTA

Koordinator:

Technische Universität Graz Institut für Computer Graphics and Visionwww.icg.tugraz.atHorst Bischof8010 Graz, Inffeldg. 16/IIT: +43 (0) 316 873 - 5011M: bischof@icg.tugraz.at

Partner:

Technische Universität GrazInstitut für Computer Grafik und Wissensvisualisierungwww.cgv.tugraz.at Dieter Fellner

Arsenal Researchwww.arsenal.ac.atNorbert Brändle

Siemens PSEwww.siemens.atJosef Birchbauer

Variations-Methoden auf der GPU (Graphik Processor Unit) für

Industrielle Probleme

In der letzten Dekade hat maschinelles Sehen zunehmend anBedeutung für die Industrie gewonnen. Dennoch wurde bishernur ein geringer Teil der möglichen Anwendungen behandelt.Daher besteht ein großes Potenzial für zusätzliche Aufgaben.Die Industrie ist gerade dabei, die Vorteile des maschinellenSehens für sich zu erkennen. Immer häufiger werden für visu-elle Aufgaben, die vorher manuell erledigt wurden, Methodendes maschinellen Sehens eingesetzt.

Das Ziel von VM-GPU ist es, durch geeignete Implementie-rungstechniken für moderne Grafikkarten das Potential vonVariations-Methoden zu nutzen und sie dadurch für industrielleProbleme anwendbar machen. Spezielles Augenmerk richtetdas Projekt auf Probleme in der Segmentierung von Texturfeh-lern und 3D-Rekonstruktionen von industriellen Teilen.

Besonders in den letzten zehn Jahren wurden Variationsme-thoden mit großem Erfolg auf anspruchsvolle Probleme derComputer Vision angewandt. Diese Methoden sind mathema-tisch wohlbegründet und liefern robuste Lösungen für schwie-

rige Aufgaben wie Segmentierung, Bild-Registrierung und 3D-Rekonstruktion. Die grundlegende Idee von Variationsmetho-den ist das Aufstellen einer geeigneten Energiefunktion, derenMinimum die gesuchte Lösung des Problems darstellt. DasMinimieren dieser Funktion erfolgt meistens iterativ, was para-doxerweise auch ein großer Nachteil dieser Methoden ist. Dasiterative Minimieren dauert einfach zu lange um zeitkritischenAnwendungen gerecht zu werden.

In der Computergrafik haben effiziente Hardware-Implementie-rungen eine lange Tradition. Gerade aber in letzter Zeit wurdedie Performance von Grafikkarten stark verbessert. ModerneGrafikkarten besitzen ein leistungsstarkes Bus-System, wel-ches den Grafikprozessor (GPU) mit dem speziellen Videospei-cher verbindet. Neueste Modelle erreichen dadurch die ein-drucksvolle Leistung von 520 Milliarden Rechenoperationenpro Sekunde (GFlops). Zusätzlich machen neueste Entwicklun-gen GPUs besonders attraktiv für General Purpose Computati-ons wie z.B. die Computer Vision.

FIT-IT 95

VM-GPU

FIT-IT VISUAL COMPUTING

Maschinelles Sehen / Computervision

Infobox01.04.2007 – 31.03.2009www.icg.tugraz.at/research/VM-GPU

Koordinator:

Technische Universität Graz, Institut für Maschinelles Sehen und Darstellenwww.icg.tugraz.atThomas Pock8010 Graz, Inffeldgasse 16T: +43 (0) 316 873 5056M: pock@icg.tugraz.at

Partner:

Alicona Imaging GmbHwww.alicona.comManfred Prantl

96 FIT-IT

Infobox01.04.2007 – 31.03.2010pervasive.uni-klu.ac.at/evis

Koordinator:

Universität KlagenfurtInstitut für Vernetzte und Eingebettete Systemswww.uni-klu.ac.atBernhard RinnerLakeside B029020 KlagenfurtT: +43 (0) 463 2700 - 3671M: bernhard.rinner@uni-klu.ac.atl

Partner:

Technische Universität GrazInstitut für Maschinelles Sehen und Darstellenwww.icg.tu-graz.ac.at Horst Bischof

EFKON AGwww.efkon.comArnold Maier

Autonomous Traffic Monitoring by Embedded Vision

Der motorisierte Fahrzeugverkehr wird in der nahen Zukunft ein stetigesWachstum aufweisen. Zukünftige Verkehrsüberwachungssysteme spielendaher eine wichtige Rolle bei der Erhöhung der Verkehrssicherheit und desVerkehrsdurchsatzes. Aktuelle Überwachungssysteme erfassen umfang-reiche – meist visuelle – Verkehrsdaten von einer großen Anzahl von Sen-soren. Die Auswertung dieser Verkehrsdaten erfolgt jedoch meist manuell,was zu sehr hohen Kosten führt.

Im EVis-Projekt werden die wissenschaftlichen und technologischenGrundlagen für zukünftige, autonome Verkehrsüberwachungssystemeuntersucht. Autonomie wird durch eine neuartige Kombination von dreiMethoden erreicht: Erstens werden Bilderkennungs- und Klassifikations-Methoden mit Lern-und Adaptionsmethoden vereint. Damit kann der manuelle Aufwand für dieKonfiguration signifikant verringert werden. Zweitens werden Bilddaten mit Daten von anderen Sensoren fusioniert.Die Fusion von Sensordaten hilft die Robustheit zu erhöhen, die örtlicheund zeitliche Abdeckung auszudehnen sowie die Unsicherheit der Ent-scheidungsfindung zu verringern.Drittens werden die entwickelten Methoden auf einer verteilten, eingebet-teten Plattform implementiert, um die Anwendbarkeit zu erhöhen undEchtzeit-Verarbeitung zu unterstützen.

Die im EVis-Projekt untersuchte Technologie unterstützt Verkehrsüberwa-chungssysteme, die einfacher zu installieren und zu betreiben sind undeine höhere Robustheit der Auswertung erzielen. Diese Technologieermöglicht einen Multi-Tasking-Betrieb in einem System, das sowohl Über-wachung, Fahrzeugidentifikation und Klassifikation, Unfalldetektion, Enfor-cement und Erkennung kritischer Fahrsituation ermöglicht.

Der industrielle Partner EFKON ist im Bereich intelligenter Transport-syste-me aktiv. Das mittelfristige Marktvolumen der in EVis untersuchten Tech-nologie kann mit deutlich über 100 Mio Euro abgeschätzt werden.

EVis

FIT-IT VISUAL COMPUTING

Maschinelles Sehen / Computervision

Virtual Prototyping in Automotive Fabric Design

Die Innenausstattung ist ein bedeutendes Verkaufsargument inder Automobilbranche: Die Materialien müssen hohe Strapa-zierfähigkeit mit herausragenden visuellen wie haptischenEigenschaften verbinden, um am Markt bestehen zu können.Beim konventionellen Design von Textilien im Automobilbe-reich sind viele Design-Zyklen notwendig, um ein Textil zu ent-werfen, das schließlich auch in der Produktion zur Anwendunggelangt. Für all diese Entwurfsschritte muss ein physischesMuster der Web- bzw. Kettwirkware vom Textillieferanten her-gestellt werden, um dem Designer des Auftraggebers zeigenzu können, wie sich das Textil in die Gestaltung des gesamtenAutos integrieren würde.

Die Produktion eines solchen Musters bedeutet, dass die dafürbenötigten Garne – üblicherweise in Mengen von mehrerenhundert Metern – eingekauft, die entsprechenden Web- bzw.Strickmaschinen damit bestückt, programmiert und eingestelltwerden müssen, nur um aus den etlichen Laufmetern produ-zierten Textils ein Muster von etwa 30 x 30 cm2 auszuschnei-den und dem Designer präsentieren zu können. Die meistendieser Entwürfe werden üblicherweise sehr schnell wieder ver-worfen. Dieser kostspielige und langwierige Prozess ist aberunverzichtbar, da die endgültige Entscheidung für einen Ent-

wurf nicht ohne die Möglichkeit, mit dem Muster auch hantie-ren zu können, getroffen werden kann. Für die meisten Zwi-schenschritte, bei denen die Farben ausgewählt, verschiedeneMusterungen und Strukturen des Textils entworfen und eva-luiert werden, kann eine qualitativ hochwertige visuelle Simula-tion helfen, die Zahl der tatsächlich produzierten Muster voneinigen hundert auf dreißig bis fünfzig zu reduzieren.

Moderne Graphik-Hardware in Kombination mit Techniken der„Virtuellen Realität“ erlaubt es, nicht nur visuell ansprechendeSimulationen von einzelnen Textilmustern zu erzeugen, son-dern diese auch im Kontext des gesamten geplanten Autoin-nenraums zu simulieren. Derartige Visualisierungen, die auchrealistische Beleuchtung und Schattenwurf berücksichtigen,werden mittels dreidimensionaler Projektion dargestellt. DerBenutzer kann dabei in Echtzeit durch die Szene navigieren unddiese unter verschiedenen Beleuchtungsszenarien, wie z.B. beidirekter Sonneneinstrahlung, bewölktem Himmel oder Nacht/Kunstlicht, betrachten.

Das Ziel dieses Projekts ist es, entscheidende technologischeFortschritte in der virtuellen Konstruktion und visuellen Echt-zeitsimulation von Textilien zu erzielen.

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VirTex

FIT-IT VISUAL COMPUTING

Rendering

Infobox01.04.2007 – 31.03.2009

Koordinator:

VRVis Forschungs-GmbHwww.VRVis.atAnton Fuhrmann1220 Wien, Donau-City-Straße 1T: +43 (0) 1 20501 30100M: Office@VRVis.at

Partner:

Eybl Development Ges.m.b.H. & CO KGwww.eybl-international.comMarkus Hinterwallner

98 FIT-IT

FIT-IT 99

FIT-IT Information

Weitere Informationen zu den Inhalten von FIT-IT und zu den Ausschreibungsmodalitäten sowieprojektspezifische Beratung für die Einreicher erhalten Sie durch das Programm-Management.

Das Programm-Management FIT-IT

erfolgt seit 2007 durch die Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) in Kooperation mit eutema Technologie Management.

Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft (FFG)Tel +43 (0) 57755-5020Fax +43 (0) 57755-95020Mail georg.niklfeld@ffg.atwww.ffg.at

eutema Technologie Management GmbHDr.-Karl-Lueger-Ring 10, 1010 WienTel +43 (0) 1 5245316Fax +43 (0) 1 5245396Mail office@eutema.comwww.eutema.at

Weitere Informationen unter www.fit-it.at oder per Email an info@fit-it.at

FIT-IT Programmverantwortung:

FIT-IT ist eine Initiative des Bundesministeriums für Verkehr, Innovation und Technologie, bei dem auch die inhaltliche Gesamtverantwortung und strategische Weiterentwicklung des Programms liegt.

Die zuständige Abteilung ist die Abteilung für Informations-, Kommunikations-, Nano- und industrielle Technologien und RaumfahrtLeitung: Mag. Reinhard GoeblBundesministerium für Verkehr, Innovation und TechnologieSektion III/I 5

www.fit-it.at

www.bmvit.gv.at

Diese FIT-IT-Broschüre entstand auf Initiative des BMVIT.

Bundesministerium für Verkehr, Innovation und TechnologieA-1010 Wien, Renngasse 5 www.bmvit.gv.at

Design: Projektfabrik Waldhör KEG Fotos: Projektpartner der genannten FIT-IT-Projekte

Impressum

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