some minor changes for 0.9.5

Author: scimbe

kapitel-01/abgrenzung-ai-its.tex

@@ -5,7 +5,7 @@
 
 \section{Einleitung}
 
-Verteilte Systeme sind ein wichtiges Feld der Informatik, das sich mit der Vernetzung und Zusammenarbeit unabhängiger Computer beschäftigt, um in vielen Fällen eine gemeinsame Aufgabe zu erfüllen. Durch die Verwendung von verteilten Systemen können komplexe Anwendungen und Aufgaben effektiver und effizienter gelöst werden, indem die Rechenleistung und Speicherkapazität mehrerer Computer gemeinsam genutzt werden. Verteilte Systeme sind in vielen Bereichen der IT Branche und insbesondere im industriellen Umfeld weit verbreitet und spielen eine wichtige Rolle bei der Entwicklung neuer Technologien und Anwendungen. Beispiele sind weit verbreitet, insbesondere im Bereich der Cloud Anwendungen, der Künstlichen Intelligenz, des maschinellen Lernens oder auch des Internet of Things (IoT). Im Folgenden soll ein kleiner Einblick für Verteilte Systeme am Standort Hamburg gegeben werden, auf dem eine Definition des Begriffes \enquote{Verteilte Systeme}  mit einer angemessenen Abgrenzung folgt.
+Verteilte Systeme sind ein wichtiges Feld der Informatik, das sich mit der Vernetzung und Zusammenarbeit unabhängiger Computer beschäftigt, um in vielen Fällen eine gemeinsame Aufgabe zu erfüllen (kooperative Problemlösung). Durch die Verwendung von verteilten Systemen können komplexe Anwendungen und Aufgaben effektiver und effizienter gelöst werden, indem die Rechenleistung und Speicherkapazität mehrerer Computer gemeinsam genutzt werden. Dies muss aber nicht immer der Fall sein, wenn die Kosten den Nutzen übersteigen. Verteilte Systeme sind in vielen Bereichen der IT Branche, insbesondere im industriellen Umfeld, weit verbreitet und spielen eine wichtige Rolle bei der Entwicklung neuer Technologien und Anwendungen. Aktuell werden stark Themen wie Cloud Anwendungen, Künstliche Intelligenz, maschinelle Lernen oder auch des Internet of Things (IoT) diskutiert. Im Folgenden soll ein kleiner Einblick für Verteilte Systeme am Standort Hamburg gegeben werden, auf dem eine Definition des Begriffes \textbf{Verteilte Systeme}  mit einer angemessenen Abgrenzung folgt.
 
 \subsection{Verteilte Systeme in Hamburg}
 
@@ -14,20 +14,23 @@ \subsection{Verteilte Systeme in Hamburg}
 In Hamburg werden verteilte Systeme in verschiedenen Branchen eingesetzt, wie z.B. im Finanzsektor, im Gesundheitswesen, in der Logistik oder im öffentlichen Sektor. Dieser Text soll ein paar ausgewählte Beispiele aufzeigen.
 \\\\
 Der Hamburger Hafen ist einer der größten Häfen Europas und spielt eine wichtige Rolle im internationalen Handel. Mit dem Konzept des Smart Ports wird der Hafen als modernes und integriertes System betrachtet, das auf der Verwendung von verteilten Systemen und damit umgesetzte Prozesse basiert.
+\examplevs{
 Ein Smart Port ist ein System, das verschiedene Technologien und Konzepte integriert, um den Hafen effizienter, sicherer und nachhaltiger zu machen. Dazu gehören unter anderem Sensoren, Big-Data-Analysen, Cloud-Computing-Systeme und mobile Anwendungen. Alle diese Technogien können unter dem Aspekt Verteilte Systeme zusammengefasst werden.
-\\\\
-Der Smart Port in Hamburg\cite{HPA} wird von verschiedenen Partnern betrieben, wie z.B. der Hamburg Port Authority (HPA), Hafenunternehmen und IT-Dienstleistern. Die verteilten Systeme, die im Smart Port eingesetzt werden, ermöglichen es, Daten und Informationen in Echtzeit zu sammeln, zu analysieren und zu teilen. Dadurch können die Betriebsabläufe im Hafen optimiert und die Effizienz gesteigert werden.
+}
+Der Smart Port in Hamburg~\cite{HPA} wird von verschiedenen Partnern betrieben, wie z.B. der Hamburg Port Authority (HPA), Hafenunternehmen und IT-Dienstleistern. Die verteilten Systeme, die im Smart Port eingesetzt werden, ermöglichen es, Daten und Informationen in Echtzeit zu sammeln, zu analysieren und zu teilen. Dadurch können die Betriebsabläufe im Hafen optimiert und die Effizienz gesteigert werden.
 
 \examplevs{
-  Ein weiteres Beispiel für die Verwendung von verteilten Systemen im Smart Port ist das Hafenverwaltungssystem, das von der HPA betrieben wird. Das System besteht aus verschiedenen Modulen, die es ermöglichen, den Schiffsverkehr und die Lagerung von Waren im Hafen zu verwalten. Dazu gehören auch Funktionen zur Planung von Liegeplätzen und zur Überwachung von Sicherheitsaspekten.
+  Ein weiteres Beispiel für die Verwendung von verteilten Systemen im Smart Port ist das Hafenverwaltungssystem, das von der HPA betrieben wird. Das System besteht aus verschiedenen Modulen, die es ermöglichen, den Schiffsverkehr und die Lagerung von Waren im Hafen zu organisieren. Dazu gehören auch Funktionen zur Planung von Liegeplätzen und zur Überwachung von Sicherheitsaspekten.
   Technologien, die im Smart Port eingesetzt werden, sind u.a. Automatisierungstechnologien für Containerterminals und die Verwendung von Blockchain-Technologie zur Verbesserung der Sicherheit und Effizienz von Lieferketten. Alles dies sind wesentliche Technologien aus dem Kern der Verteilten Systeme.
 }
 Der Smart Port in Hamburg zeigt auf besondere Weise, wie verteilte Systeme mit weiteren innovative Technologien aus Maschinenbau oder Werkzeugbau  eingesetzt werden können\cite{Bockenfeld2020}, um komplexe Systeme wie einen Hafen zu optimieren und nachhaltiger zu gestalten.
 \\\\
-Auch die Luftfahrtindustrie, wie Airbus, setzt eine Vielzahl von verteilten Systemen ein, um Flugzeuge sicher und effizient zu betreiben. Ein verteiltes System in einem Flugzeug umfasst eine Vielzahl von Technologien, die es ermöglichen, verschiedene Komponenten und Systeme miteinander zu vernetzen, um eine reibungslose Kommunikation und Zusammenarbeit zu gewährleisten\cite{chen2017distributed}. Weitere Beispile sind z.B. Navigationssysteme, Autopiloten, Flugsicherheitssysteme oder auch Flugüberwachungssysteme. Diese Systeme kommunizieren miteinander über verschiedene Netzwerke, wie z.B. CAN-Bus, Ethernet und WLAN und müssen zeitlich und örtlich koordiniert werden, wie auch den internationalen Anforderungen entsprechen.
+Auch die Luftfahrtindustrie, wie Airbus, setzt eine Vielzahl von verteilten Systemen ein, um Flugzeuge sicher und effizient zu betreiben. Ein verteiltes System in einem Flugzeug umfasst eine Vielzahl von Technologien, die es ermöglichen, verschiedene Komponenten und Systeme miteinander zu vernetzen, um eine reibungslose Kommunikation und Zusammenarbeit zu gewährleisten\cite{chen2017distributed}. Weitere Beispile sind z.B. Navigationssysteme, Autopiloten, Flugsicherheitssysteme oder auch Flugüberwachungssysteme. Diese Systeme kommunizieren miteinander über verschiedene Netzwerke, wie z.B. CAN-Bus/Realtime-Ethernet, Ethernet und WLAN und müssen zeitlich und örtlich koordiniert werden, wie auch den internationalen Anforderungen entsprechen.
 \\\\
-Die Verwendung von verteilten Systemen in der Luftfahrtindustrie hat zahlreiche Vorteile, wie z.B. die Verbesserung der Flugsicherheit, die Steigerung der Effizienz und die Reduzierung von Ausfallzeiten. Allerdings gibt es auch Herausforderungen, wie z.B. die Notwendigkeit einer sorgfältigen Planung und Integration sowie die Gewährleistung der Datensicherheit und des Datenschutzes. Ein Beispiel für ein verteiltes System in einem Flugzeug ist das Fly-by-Wire-System. Das Fly-by-Wire-System ist ein elektronisches Steuerungssystem, das den mechanischen Steuermechanismus durch eine elektronische Steuerung ersetzt\cite{tian2017fault}. Das System besteht aus mehreren Komponenten, die miteinander kommunizieren und koordinieren, um das Flugzeug zu steuern. Die Komponenten sind über verschiedene Netzwerke, wie z.B. Ethernet\cite{wang2018architecture}, miteinander verbunden.
-
+Die Verwendung von verteilten Systemen in der Luftfahrtindustrie hat zahlreiche Vorteile, wie z.B. die Verbesserung der Flugsicherheit, die Steigerung der Effizienz und die Reduzierung von Ausfallzeiten. Allerdings gibt es auch Herausforderungen, wie z.B. die Notwendigkeit einer sorgfältigen Planung und Integration sowie die Gewährleistung der Datensicherheit und des Datenschutzes. Ein Beispiel für ein verteiltes System in einem Flugzeug ist das Fly-by-Wire-System. 
+\examplevs{
+Das Fly-by-Wire-System ist ein elektronisches Steuerungssystem, das den mechanischen Steuermechanismus durch eine elektronische Steuerung ersetzt\cite{tian2017fault}. Das System besteht aus mehreren Komponenten, die miteinander kommunizieren und koordinieren, um das Flugzeug zu steuern. Die Komponenten sind über verschiedene Netzwerke, wie z.B. Ethernet\cite{wang2018architecture}, miteinander verbunden.
+}
 Weitere Technologien, die in diesem Kontext in Flugzeugen eingesetzt werden, sind u.a. Avionik-Systeme, die Daten zur Flugsicherheit sammeln und verarbeiten, oder auch Funksysteme.
 \\\\
 Ein weiteres, wichtiges Standbein für Hamburg ist der Kaufmanns-, Finanz- und Versicherungssektor. Hier spielen verteilte Systeme eine außergewöhnliche und immer stärkere Rolle. Ein Beispiel ist im Finanzwesen das Real-Time Gross Settlement System (RTGS)\cite{rtgs}, das von Zentralbanken auf der ganzen Welt eingesetzt wird. Dieses System ermöglicht die sofortige Übertragung von großen Geldbeträgen zwischen Banken und anderen Finanzinstitutionen in Echtzeit. RTGS nutzt eine verteilte Datenbank, um alle Transaktionen aufzuzeichnen und sicherzustellen, dass alle Parteien die gleichen Informationen haben.
@@ -36,7 +39,11 @@ \subsection{Verteilte Systeme in Hamburg}
 }
 Ein Zeitgeist Thema sind Blockchain\cite{blockchain} oder AI/KI-Systeme, welche in der Logistik-, Finanz- und Versicherungsbranche immer beliebter werden. Blockchain-Systeme nutzen eine verteilte Datenbank, um Transaktionen aufzuzeichnen und sicherzustellen, dass sie unveränderlich sind. Diese Technologie wird bereits in der Kryptowährungsbranche eingesetzt und findet auch in anderen Bereichen wie der Versicherung und der Verwaltung von Vermögenswerten Anwendung. AI-Systeme übernehmen immer mehr Themen in der Planung und Durchsetzung.
 \\\\
-Dies ist natürlich nur eine sehr kleine und nicht vollständige Auswahl von Beispielen und kann sicher um eine Vielzahl anderer Beispiele ergänzt werden. \subsection{Definition}
+Dies ist natürlich nur eine sehr kleine und nicht vollständige Auswahl von Beispielen und kann sicher um eine Vielzahl anderer Beispiele ergänzt werden. 
+
+
+\newpage
+\subsection{Definition}
 
 Eine Definition~\cite{coulouris2012distributed} von verteilten Systemen kann man als eine Gruppe von vernetzten, autonomen Computern verstehen, die gemeinsam eine Aufgabe erfüllen, ohne dass ein zentraler Koordinator benötigt wird. Dabei können die Computer geographisch verteilt sein und über unterschiedliche Hardware- und Software-Plattformen verfügen.
 

kapitel-01/chapter-01.tex

@@ -0,0 +1,37 @@
+\subsection{Definition}
+
+Eine Definition~\cite{coulouris2012distributed} von verteilten Systemen kann man als eine Gruppe von vernetzten, autonomen Computern verstehen, die gemeinsam eine Aufgabe erfüllen, ohne dass ein zentraler Koordinator benötigt wird. Dabei können die Computer geographisch verteilt sein und über unterschiedliche Hardware- und Software-Plattformen verfügen.
+
+\importantvs{Laut Tanenbaum\cite{tanenbaum2017distributed} sind verteilte Systeme \enquote{eine Sammlung unabhängiger Computer, die den Benutzern als ein kohärentes System erscheinen} (Tanenbaum and van Steen, 2017, S. 4). Die Kommunikation in verteilten Systemen erfolgt über das Netzwerk und erfordert eine koordinierte Zusammenarbeit der einzelnen Komponenten.}
+\mbox{}\\
+Die Definition von einem Verteilten System ist aber nicht trennscharf. Daher existieren durchaus alternative Definitionen, denen man sich im Zweifelsfall gewahr werden muss. So können beispielhaft weitere Alternativen genannt werden, die die vorhandene Definition erweitern: \\
+So definiert \cite{garg2016distributed} ein verteiltes System als mehrere unabhängige Computer, die miteinander kommunizieren und \enquote{kooperieren}, um gemeinsam eine Aufgabe zu erfüllen.
+\\
+Anders sieht es \cite{mukherjee2015distributed}, wo der Fokus mehr auf die technologische Komponente gelegt wird. Hier ist ein verteiltes System \enquote{ein Netzwerk} aus autonomen Computern, die miteinander kommunizieren und koordiniert zusammenarbeiten, um eine gemeinsame Aufgabe zu erfüllen.
+\\\\
+Sicher ist, es gibt viele verschiedene Definitionen von verteilten Systemen, die sich je nach Autor, Kontext und Zweck leicht oder stark unterscheiden können. Die grundlegende Idee hinter allen Definitionen ist jedoch die gleiche: Es geht um die Vernetzung und Zusammenarbeit unabhängiger Recheneinheiten.
+\\\\
+Nun kann man anführen, dass bei einer Vielzahl von Definitionen diese ihre Bedeutung verlieren, da ein effizienter und sinnvoller Einsatz in einer praktischen Umsetzung nicht hilfreich erscheint, doch ist hier folgendes anzuführen: 
+
+Verteilte Systeme bietet generische Lösungsansätze für unterschiedlichen Problemklassen an. Da es sich bei Verteilten Systemen nicht selten um komplexe Systeme handelt, welche aus einer Vielzahl von miteinander kommunizierenden und kooperierenden Komponenten bestehen, haben die Abweichungen der Eigenschaften einen hohen Einfluss auf die Etablierung der generischen Lösungsansätze. Somit muss die doch meist sehr generische Definition um einzelne Eigenschaften angereichert werden, damit entsprechende Logikzweige für eine adäquate Lösung formuliert werden können. Die generische Definition ist daher als Ausgangspunkt zu sehen, für den weiteren Anforderungsprozess. Noch einen Schritt weiter, ist es besonders fordernd für den Anforderungsprozess, dass diese Eigenschaften der Komponenten auf verschiedenen Geräten und Standorten verteilt sein können und zunächst systematisch erfasst und vollständig beschrieben werden müssen. Fehler in diesem Prozess können weitreichende Folgen für den Erfolg der angestrebten Lösung haben. 
+\\\\
+Um die Herausforderung zu verdeutlichen, soll die Aufgabe der Wegesuche in einem Labyrinth herangezogen werden. Die Aufgabe kann sehr einfach nachvollzogen werden, wenn man folgenden Algorithmus, auch bekannt als Breitensuche, etabliert. 
+
+\begin{itemize}
+\item Legen Sie eine Warteschlange an und fügen Sie den Startknoten hinzu.
+
+\item Solange die Warteschlange nicht leer ist, nehmen Sie den Knoten am Anfang der Warteschlange und prüfen Sie, ob es der Zielknoten ist. Wenn ja, haben Sie den Pfad zum Ziel gefunden und können den Algorithmus beenden.
+
+\item Andernfalls fügen sie alle unbesuchten Nachbarknoten des aktuellen Knotens zur Warteschlange hinzu und markieren sie als besucht.
+
+\item Wiederholen Sie Schritt 2 und 3, bis Sie den Zielknoten gefunden haben oder alle Knoten besucht wurden.
+\end{itemize}
+Diese Lösung ist trivial und durchläuft das Labyrinth schrittweise, indem der Algorithmus zuerst alle Knoten in der Nähe des Startknotens besucht, dann alle Knoten in der Nähe dieser Knoten, und so weiter, bis er den Zielknoten erreicht oder alle Knoten besucht wurden.
+
+Die Herausforderung in diesem Fall ist nicht das Verständnis für den Algorithmus, sondern die Herausforderung beginnt im Anforderungsprozess des verteilten Systems. Es ist wichtig zu beachten, dass der vorgestellte Lösungsansatz nur funktioniert, da das Labyrinth als Graph modelliert werden konnte, und der Informatiker dies in der Anforderungsanalyse erkennt. Wobei im verteilten System die Knoten als Positionen im Labyrinth und die Kanten, als  möglichen Wege, willkürlich verteilt sein können und somit die Herausforderung darin besteht, dass das ganze Bild des Labyrinths nicht direkt ersichtlich ist. So ist aber für eine adäquate Lösungsfindung genau diese Identifikation wesentlich, damit der mit der Lösung verbundene Graph und die damit verbundene Breitensuche als Logikbaum für eine effiziente Lösung identifiziert werden kann. 
+\\\\
+Die Bandbreite von Anwendungen, die verteilte Systeme nutzen, ist enorm und reicht von großen Online-Transaktionssystemen bis hin zu drahtlosen Sensornetzwerken, kurz es ist häufig sehr viel komplexer als die Suche nach einem Ausgang in einem Labyrinth oder die Identifikation einer einzelnen Problemklasse. Daher ist es wichtig, eine Definition und eine klare Abgrenzung zu schaffen, um sicherzustellen, dass die Systeme effektiv entworfen, entwickelt und implementiert werden können. Hier werden jedoch oft Fehler gemacht, da nicht selten generische Ansätze ohne Berücksichtigung des Anwendungsfalls diskutiert werden und somit möglicherweise nicht zur angestrebten Lösung passen, da sie die notwendigen Charaktereigenschaften nicht repräsentieren. Somit ist die Erweiterung der Definition des vorhandenen verteilten Systems grundsätzlich eine Aufgabe die zu erfüllen ist, unabhängig des Startpunktes der gewählten generischen Definition.
+\\\\
+Die Untersuchung der Eigenschaften von verteilten Systemen ist auch für die Forschung und Entwicklung noch immer sehr relevant.
+\\\\
+Dennoch, am Anfang braucht man für den gesamten Prozess einen Startpunkt. Der Informatiker muss sich bewusst machen, dass die zu lösende Aufgabe ein verteiltes System repräsentiert. Für eine erste Einschätzung der Situation, ob das Themengebiet der verteilten Systeme zum Tragen kommt, genügt aber ein kleiner Schritt. Dieser Schritt umfasst die Prüfung einer wesentlichen Eigenschaft, die alle Definitionen miteinander verbindet.  Kurz gesprochen ist der gemeinsame Nenner das \enquote{nicht-vorhanden-sein} eines gemeinsamen (Arbeits-)Speichers. Wird kein gemeinsamer Speicher genutzt, um sich zu koordinieren, ist die Umsetzung eines verteilten Systems sehr wahrscheinlich und der Startpunkt gegeben, um die Anforderungen an das System und damit die genutzte Definition entsprechend zu verfeinern.