Die Paarungsstörung mit Pheromonen ist ein etabliertes Verfahren der ökologischen Schädlingsbekämpfung in vielen Bereichen der Landwirtschaft. Um dieses Verfahren zu optimieren, ist es erforderlich, genauere Erkenntnisse über die Verteilung des Pheromons über den behandelten Agrarflächen zu erhalten. Die Messung dieser Duftstoffe mit dem EAG-System ist eine Methode, mit der man schnell und zuverlässig Pheromonkonzentrationen im Freiland bestimmen kann. Diese Arbeit beschreibt Beiträge, die zur Weiterentwicklung des Systems von großer Bedeutung sind. Die Steuerung des Messablaufs durch eine Ablaufdatei, die erst zur Laufzeit ins Programm geladen wird, ermöglicht eine zeitgenaue und flexible Steuerung des Messsystems. Die Auswertung der Messergebnisse wird durch Methoden der Gesamtdarstellung der Konzentrationsberechnung und durch rigorose Fehlerbetrachtung auf eine solide Grundlage gestellt. Die für die Konzentrationsberechnung erforderlichen Grundvoraussetzungen werden anhand experimenteller Beispiele ausführlich erläutert und verfiziert. Zusätzlich wird durch ein iteratives Verfahren die Konzentrationsberechnung von der mathematischen oder empirischen Darstellung der Dosis-Wirkungskurve unabhängig gemacht. Zur Nutzung einer erweiterten EAG-Apparatur zur Messung komplexer Duftstoffgemische wurde das Messsystem im Bereich der Steuerung und der Auswertung tiefgreifend umgestaltet und vollständig einsatztauglich gemacht. Dazu wurde das Steuerungssystem erweitert, das Programm für die Messwerterfassung neu strukturiert, eine Methode zur Konzentrationsberechnung für Duftstoffgemische entwickelt und in einer entsprechenden Auswertesoftware implementiert. Das wichtigste experimentelle Ergebnis besteht in der Durchführung und Auswertung einer speziellen Messung, bei der das EAG-System parallel mit einer klassischen Gaschromatograph-Methode eingesetzt wurde. Die Ergebnisse ermöglichen erstmals eine absolute Festlegung der Konzentrations-Messergebnisse des EAG-Messsystems für das Pheromon des Apfelwicklers. Bisher konnten nur Ergebnisse in Relativen Einheiten angegeben werden.

For many years, most distributed real-time systems employed data communication systems specially tailored to address the specific requirements of individual domains: for instance, Controlled Area Network (CAN) and Flexray in the automotive domain, ARINC 429 [FW10] and TTP [Kop95] in the aerospace domain. Some of these solutions were expensive, and eventually not well understood. Mostly driven by the ever decreasing costs, the application of such distributed real-time system have drastically increased in the last years in different domains. Consequently, cross-domain communication systems are advantageous. Not only the number of distributed real-time systems have been increasing but also the number of nodes per system, have drastically increased, which in turn increases their network bandwidth requirements. Further, the system architectures have been changing, allowing for applications to spread computations among different computer nodes. For example, modern avionics systems moved from federated to integrated modular architecture, also increasing the network bandwidth requirements. Ethernet (IEEE 802.3) [iee12] is a well established network standard. Further, it is fast, easy to install, and the interface ICs are cheap [Dec05]. However, Ethernet does not offer any temporal guarantee. Research groups from academia and industry have presented a number of protocols merging the benefits of Ethernet and the temporal guarantees required by distributed real-time systems. Two of these protocols are: Avionics Full-Duplex Switched Ethernet (AFDX) [AFD09] and Time-Triggered Ethernet (TTEthernet) [tim16]. In this dissertation, we propose solutions for two problems faced during the design of AFDX and TTEthernet networks: avoiding data loss due to buffer overflow in AFDX networks with multiple priority traffic, and scheduling of TTEthernet networks. AFDX guarantees bandwidth separation and bounded transmission latency for each communication channel. Communication channels in AFDX networks are not synchronized, and therefore frames might compete for the same output port, requiring buffering to avoid data loss. To avoid buffer overflow and the resulting data loss, the network designer must reserve a safe, but not too pessimistic amount of memory of each buffer. The current AFDX standard allows for the classification of the network traffic with two priorities. Nevertheless, some commercial solutions provide multiple priorities, increasing the complexity of the buffer backlog analysis. The state-of-the-art AFDX buffer backlog analysis does not provide a method to compute deterministic upper bounds iiifor buffer backlog of AFDX networks with multiple priority traffic. Therefore, in this dissertation we propose a method to address this open problem. Our method is based on the analysis of the largest busy period encountered by frames stored in a buffer. We identify the ingress (and respective egress) order of frames in the largest busy period that leads to the largest buffer backlog, and then compute the respective buffer backlog upper bound. We present experiments to measure the computational costs of our method. In TTEthernet, nodes are synchronized, allowing for message transmission at well defined points in time, computed off-line and stored in a conflict-free scheduling table. The computation of such scheduling tables is a NP-complete problem [Kor92], which should be solved in reasonable time for industrial size networks. We propose an approach to efficiently compute a schedule for the TT communication channels in TTEthernet networks, in which we model the scheduling problem as a search tree. As the scheduler traverses the search tree, it schedules the communication channels on a physical link. We presented two approaches to traverse the search tree while progressively creating the vertices of the search tree. A valid schedule is found once the scheduler reaches a valid leaf. If on the contrary, it reaches an invalid leaf, the scheduler backtracks searching for a path to a valid leaf. We present a set of experiments to demonstrate the impact of the input parameters on the time taken to compute a feasible schedule or to deem the set of virtual links infeasible.

Seit Aufkommen der Halbleiter-Technologie existiert ein Trend zur Miniaturisierung elektronischer Systeme. Dies, steigende Anforderungen sowie die zunehmende Integration verschiedener Sensoren zur Interaktion mit der Umgebung lassen solche eingebetteten Systeme, wie sie zum Beispiel in mobilen Geräten oder Fahrzeugen vorkommen, zunehmend komplexer werden. Die Folgen sind ein Anstieg der Entwicklungszeit und ein immer höherer Bauteileaufwand, bei gleichzeitig geforderter Reduktion von Größe und Energiebedarf. Insbesondere der Entwurf von Multi-Sensor-Systemen verlangt für jeden verwendeten Sensortyp jeweils gesondert nach einer spezifischen Sensorelektronik und steht damit den Forderungen nach Miniaturisierung und geringem Leistungsverbrauch entgegen. In dieser Forschungsarbeit wird das oben beschriebene Problem aufgegriffen und die Entwicklung eines universellen Sensor-Interfaces für eben solche Multi-Sensor-Systeme erörtert. Als ein einzelner integrierter Baustein kann dieses Interface bis zu neun verschiedenen Sensoren unterschiedlichen Typs als Sensorelektronik dienen. Die aufnehmbaren Messgrößen umfassen: Spannung, Strom, Widerstand, Kapazität, Induktivität und Impedanz. Durch dynamische Rekonfigurierbarkeit und applikationsspezifische Programmierung wird eine variable Konfiguration entsprechend der jeweiligen Anforderungen ermöglicht. Sowohl der Entwicklungs- als auch der Bauteileaufwand können dank dieser Schnittstelle, die zudem einen Energiesparmodus beinhaltet, erheblich reduziert werden. Die flexible Struktur ermöglicht den Aufbau intelligenter Systeme mit sogenannten Self-x Charakteristiken. Diese betreffen Fähigkeiten zur eigenständigen Systemüberwachung, Kalibrierung oder Reparatur und tragen damit zu einer erhöhten Robustheit und Fehlertoleranz bei. Als weitere Innovation enthält das universelle Interface neuartige Schaltungs- und Sensorkonzepte, beispielsweise zur Messung der Chip-Temperatur oder Kompensation thermischer Einflüsse auf die Sensorik. Zwei unterschiedliche Anwendungen demonstrieren die Funktionalität der hergestellten Prototypen. Die realisierten Applikationen haben die Lebensmittelanalyse sowie die dreidimensionale magnetische Lokalisierung zum Gegenstand.

For many years real-time task models have focused the timing constraints on execution windows defined by earliest start times and deadlines for feasibility. However, the utility of some application may vary among scenarios which yield correct behavior, and maximizing this utility improves the resource utilization. For example, target sensitive applications have a target point where execution results in maximized utility, and an execution window for feasibility. Execution around this point and within the execution window is allowed, albeit at lower utility. The intensity of the utility decay accounts for the importance of the application. Examples of such applications include multimedia and control; multimedia application are very popular nowadays and control applications are present in every automated system. In this thesis, we present a novel real-time task model which provides for easy abstractions to express the timing constraints of target sensitive RT applications: the gravitational task model. This model uses a simple gravity pendulum (or bob pendulum) system as a visualization model for trade-offs among target sensitive RT applications. We consider jobs as objects in a pendulum system, and the target points as the central point. Then, the equilibrium state of the physical problem is equivalent to the best compromise among jobs with conflicting targets. Analogies with well-known systems are helpful to fill in the gap between application requirements and theoretical abstractions used in task models. For instance, the so-called nature algorithms use key elements of physical processes to form the basis of an optimization algorithm. Examples include the knapsack problem, traveling salesman problem, ant colony optimization, and simulated annealing. We also present a few scheduling algorithms designed for the gravitational task model which fulfill the requirements for on-line adaptivity. The scheduling of target sensitive RT applications must account for timing constraints, and the trade-off among tasks with conflicting targets. Our proposed scheduling algorithms use the equilibrium state concept to order the execution sequence of jobs, and compute the deviation of jobs from their target points for increased system utility. The execution sequence of jobs in the schedule has a significant impact on the equilibrium of jobs, and dominates the complexity of the problem --- the optimum solution is NP-hard. We show the efficacy of our approach through simulations results and 3 target sensitive RT applications enhanced with the gravitational task model.

Der Trend zur Verfügbarkeit mehrerer Mobilfunknetze im gleichen Versorgungsgebiet nicht nur unterschiedlicher Operatoren, sondern auch unterschiedlicher Mobilfunkstandards in möglicherweise unterschiedlichen Hierarchieebenen führt zu einer Vielzahl von Koexistenzszenarien, in denen Intersystem- und Interoperator-MAI die einzelnen Mobilfunknetze beeinträchtigen können. In der vorliegenden Arbeit wird ein systematischer Zugang zur Koexistenzproblematik durch die Klassifizierung der MAI erarbeitet. Eine MAI-Art kann dabei mehreren MAI-Klassen angehören. Durch die Einteilung in Klassen wird angestrebt, zum einen die eine MAI-Art beeinflussenden Effekte anhand der Zugehörigkeit zu bestimmten MAI-Klassen besser verstehen zu können. Zum anderen dient die Einteilung der MAI in Klassen zum Abschätzen der Gefährlichkeit einer MAI-Art, über die sich Aussagen machen lassen anhand der Zugehörigkeit zu bestimmten MAI-Klassen. Der Begriff Gefährlichkeit einer MAI-Art schließt neben der mittleren Leistung auch weitere Eigenschaften wie Varianz oder Ursache der MAI ein. Einfache Schlimmstfall-Abschätzungen, wie sie in der Literatur gebräuchlich sind, können leicht zu Fehleinschätzungen der Gefährlichkeit einer MAI-Art führen. Durch die Kenntnis der zugehörigen MAI-Klassen einer MAI-Art wird die Gefahr solcher Fehleinschätzungen erkennbar. Neben den Schlimmstfall-Abschätzungen unter Berücksichtigung der MAI-Klassen werden in der vorliegenden Arbeit auch Simulationen durchgeführt, anhand derer die Abschätzungen verifiziert werden. Dazu werden Werkzeuge in Form von mathematischen Modellen zum Berechnen der Leistung der verschiedenen MAI-Arten unter Einbeziehen der verschiedenen betrachteten Verfahren zum Mindern von MAI erarbeitet. Dabei wird auch ein Konzept zum Vermindern der erforderlichen Rechenleistung vorgestellt. Anhand der Untersuchung der Koexistenz der beispielhaften Mobilfunksysteme WCDMA und TD-CDMA wird gezeigt, daß sich das Auftreten extrem hoher Intersystem- bzw. Interoperator-MAI durch geeignete Wahl der Systemparameter wie Zellradien und Antennenhöhen, sowie durch Verfahren zum Mindern von MAI wie effizienten Leistungsregelungsverfahren und dynamische Kanalzuweisung meist vermeiden läßt. Es ist jedoch essentiell, daß die Koexistenzproblematik bereits in der Phase der Funknetzplanung adäquat berücksichtigt wird. Dabei ist eine Kooperation der beteiligten Operatoren meist nicht notwendig, lediglich besonders kritische Fälle wie Kollokation von BSen verschiedener TDD-Mobilfunknetze z.B. nach dem 3G-Teilstandard TD-CDMA müssen von den Operatoren einvernehmlich vermieden werden. Da bei der Koexistenz von Mobilfunknetzen in Makrozellen aufgrund ihres hohen Zellradius besonders hohe Interoperator-MAI für den Fall der Gleichstrecken-MAI auftreten kann, wird in der vorliegenden Arbeit ein neuartiges Konzept zum Vermindern dieser MAI basierend auf Antennentechniken vorgestellt. Das Konzept zeigt ein vielverspechendes Potential zum Mindern der Interoperator-MAI.