Analyzing embedded device programming specifications in critical system to design programming guidelines

Безопасность программного обеспечения является важной характеристикой, показывающей вероятность правильности работы программы при различных условиях эксплуатации. Однако разработчики встроенного программного обеспечения не всегда уделяют должное внимание этому аспекту, особенно в критически важных системах. В данной работе рассматриваются международные стандарты и сертификаты безопасности программного обеспечения. На основе исходного кода снятого с производства электрохирургического медицинского аппарата ЭХВЧ-80 компании НПО "НИКОР" анализируются вопросы обоснованности выбора языка программирования и использованной архитектуры. Приводится алгоритм работы программы, а также описаны основные задачи, выполняемые микроконтроллером. В заключительной части статьи, на основе анализа программного обеспечения автор предлагает рекомендации по упрощению поддержки и возможные варианты уменьшения ошибок, как в коде, так и в архитектуре разрабатываемого приложения. Результаты исследования позволяют повысить безопасность ПО, особенно в критически важных системах.Software safety is an important characteristic, which indicates the probability of correct program operationunder different operating conditions. However, embedded software developers do not always focus on this aspect,especially in critical systems. The present article discusses the international software security standards andcertificates. The author studies the source code of the presently discontinued electrosurgical device EHVCh-80 byNPO "NIKOR" and analyzes the issues of validity of choosing the programming language and architecture. Thepaper provides the algorithm of the program's operation and describes the main tasks performed by themicrocontroller. In conclusion, the author uses the results of this software's analysis to offer recommendations tosimplify software support and possible options to reduce errors, both in the code and in the architecture of thedeveloped application. The results of this research allow increasing software safety, especially in critical systems

Experimentelle Evolution einer synthetischen Symbiose zwischen Escherichia coli und Saccharomyces cerevisiae

Symbioses mark important transitions in the evolution of living organisms. How they become established is largely unknown. A step towards understanding those, could be creating synthetic symbioses under strictly controlled, selective conditions in the laboratory and characterizing them microbiologically and molecularly. In this work, a strategy has been developed and applied to force two randomly chosen organisms, the bacterium Escherichia coli and the eukaryotic microorganism Saccharomyces cerevisiae, into a symbiotic association under obligate metabolic coupling in continuous co-culture in suspension. The chemical elements sulphur and phosphorus were chosen as coupling factors. E. coli has been genetically modified so the first step in sulphur assimilation, the reduction of sulphate, can no longer be catalysed. As a source of sulphur, sulphite must be provided by S. cerevisiae. Conversely, S. cerevisiae cannot grow on phosphonates as a phosphate source. Phosphate must be provided by the metabolism of E. coli from the substrate phosphonate. Preliminary investigations confirmed the mutual dependence of the two organisms on the respective metabolic activity of the partner organism: in co-culture, the chosen E. coli strain can grow in a chemically defined medium with sulphate as the sole sulphur source if sulphur is contributed to reduced form by S. cerevisiae. Yeast can grow with phosphonate as the sole source of phosphate when phosphate is released from phosphonate by E. coli. In two independent experiments at the "Genemat"-format with sulphate and phosphonate as the sole sources of sulphur and phosphate, both organisms were able to persist for ≈ 815 and ≈ 642 generations in continuous co-culture. In each of these two experiments, two adaptive events were observed and characterized that led to increased dilution rates (i.e., increased productivity of the coupled system). DNA sequence analyses of the genomes from the evolved organisms identified genetic changes during the experiment that may have contributed to the adaptation events. Microscopic inspection of samples from the culture showed a tendency towards physical association of the two organisms during certain phases of the co-culture.Symbiosen markieren wichtige Übergänge in der Evolution lebender Organismen. Es ist weitgehend unbekannt, wie sie sich etablieren. Ein Schritt zum Verständnis könnte sein, synthetische Symbiosen unter strikt kontrollierten, selektiven Bedingungen im Labor zu erzeugen und diese mikrobiologisch und molekularbiologisch zu charakterisieren. In dieser Arbeit wurde eine Strategie entwickelt und angewendet, um zwei willkürlich ausgewählte Organismen, das Bakterium Escherichia coli und den eukaryontischen Mikroorganismus Saccharomyces cerevisiae unter obligater metabolischer Kopplung in kontinuierlicher Kokultur in Suspension zu einer symbiotischen Assoziation zu zwingen. Als Kopplungsfaktoren wurden die chemischen Elemente Schwefel und Phosphor gewählt. E. coli wurde genetisch so verändert, dass der erste Schritt in der Assimilation von Schwefel, die Reduktion von Sulfat, nicht mehr katalysiert werden kann; als Schwefelquelle muss Sulfit durch S. cerevisiae bereitgestellt werden. S. cerevisiae kann im Gegenzug nicht auf Phosphonaten als Phosphatquelle wachsen; Phosphat muss durch den Stoffwechsel von E. coli aus dem Substrat Phosphonat bereitgestellt werden. Voruntersuchungen bestätigten die gegenseitige Abhängigkeit der beiden Organismen von der jeweiligen metabolischen Leistung des Partnerorganismus: In Kokultur kann der verwendete E. coli-Stamm in einem chemisch definierten Medium mit Sulfat als einziger Schwefelquelle wachsen, wenn Schwefel in reduzierter Form durch S. cerevisiae beigetragen wird, die Hefe kann mit Phosphonat als einziger Phosphatquelle wachsen, wenn Phosphat durch E. coli aus Phosphonat freigesetzt wird. In zwei unabhängigen Experimenten im „Genemat“-Format mit Sulfat und Phosphonat als einzigen Schwefel- und Phosphatquellen konnten beide Organismen über ≈ 815 und ≈ 642 Generationen in kontinuierlicher Kokultur persistieren. In jedem der beiden Experimente wurden zwei adaptive Ereignisse registriert und charakterisiert, die zu erhöhten Verdünnungsraten (d.h. zu einer erhöhten Produktivität des gekoppelten Systems) führten. DNA-Sequenzanalysen der Genome der evolvierten Organismen identifizieren genetische Veränderungen während des Experiments, die dazu beigetragen haben könnten. Mikroskopische Inspektionen von Proben aus der Kultur zeigten eine Tendenz zur physikalischen Assoziation der beiden Organismen während bestimmter Phasen der Kokultur

Retrospektive Untersuchung über die Langzeiteffekte bei Kindern im Schulalter mit Robin-Sequenz nach der TPP-Therapie

Die RS ist eine seltene kraniofaziale Fehlbildung, welche aus der Symptomtrias der mandibulären Retrognathie, Glossoptose und daraus resultierenden erheblichen Obstruktionen der oberen Atemwege besteht, weshalb initial nach der Geburt behandelt werden muss. Ziel der vorliegenden Studie war es von den in Tübingen mit der TPP behandelten Kinder die kieferorthopädisch skelettalen und dentalen Parameter zu erheben und auf die Langzeiteffekte dieser Therapie zu untersuchen. Zusätzlich wurde die kieferorthopädische Behandlungsnotwendigkeit bestimmt. Es wurde ein Vergleich zu einer gesunden alters- und geschlechtsgleichen Kontrollgruppe, ohne RS oder andere kraniofaziale Anomalien, gezogen. Dafür wurde ein kieferorthopädischer Basisbefund erhoben, eine Modellanalyse an digitalen Modellen und eine Fotostatanalyse durchgeführt, Fernröntgenseitenbilder und Panoramaschichtaufnahmen ausgewertet und der IOTN erhoben. Insgesamt ist festzustellen, dass die viele funktionelle Parameter und dentoalveolären Platzverhältnisse bei Kindern im Schulalter mit RS nach der Behandlung mit der TPP mit den gesunden Kontrollkindern vergleichbar sind. Trotz des vermehrten auftretenden Schnarchens war der PAS-Wert auf Höhe des Mandibularplanums uneingeschränkt, sodass die Wahrscheinlichkeit für eine Obstruktion der oberen Atemwege, durch den retrognathen Unterkiefer verursacht, minimiert werden kann. Die vertikalen und sagittalen skelettalen Parameter im FRS sind auffällig in der RS-Gruppe und auf das besondere skelettale Wachstumsmuster der RS zurückzuführen. Am Weichgewebe ist die Erkrankung der RS ebenso weiterhin feststellbar, da dieses dem restlichen skelettalen Wachstum nicht vollständig folgen konnte. Das Weichteilprofil ist weiterhin konvex und die unteren Gesichtsproportionen weisen Defizite auf. Bei der Auswertung des IOTN ist ein erhöhter kieferorthopädischer Behandlungsbedarf bei den Kindern mit RS festzustellen, welcher nicht auf das Vorhandensein der Spalte, sondern auf Zahnanomalien und Zahnfehlstellungen zurückzuführen ist. Diese Ergebnisse sollten das Verständnis von Kieferorthopäden/-innen für diese kraniofaziale Fehlbildung verbessern und zeigen, dass der Behandlungsschwerpunkt auf einem funktionell guten Ergebnis liegen muss, welches dem der gesunden Kinder gleicht oder zumindest ähnlich ist. Bei RS-Patienten/-innen sollte daher immer ein möglicher kieferorthopädischer Behandlungsbedarf überprüft werden. Die Einteilung nach Caouette-Laberge zur Therapieentscheidung kann als obsolet angesehen werden, da bei einer nicht-syndromalen RS jeder Schweregrad mit dem Tübinger Therapiekonzept und der TPP behandelt werden kann (Caouette-Laberge et al., 1994). Abschließend kann festgestellt werden, dass die TPP-Behandlung durch die funktionelle Anpassung des stomatognathen Systems einen Wachstumsstimulus für den Unterkiefer und das Kiefergelenk verursacht. Dies wirkt sich einerseits auf ein positiv gefördertes ventro-kaudales Wachstum der Mandibula initial nach der Geburt aus, aber auch langfristig

Religion - Inklusion - Werte : Eine schulprogrammatische Untersuchung des Nexus zwischen Werteverankerungen und Verankerungen von Elementen ausgewählter Inklusionsaspekte in Schulkulturmanifestationen ev. Bekenntnisgrundschulen in Nordrhein-Westfalen.

Die Arbeit untersucht den Zusammenhang zwischen Werteverankerungen und Verankerungen zweier Inklusionsaspekte in Schulkulturmanifestationen ev. Bekenntnisgrundschulen Nordrhein-Westfalens: die Inklusion Lernender mit Behinderung(en) sowie den Umgang mit religiöser Diversität. Da Inklusion seit der Ratifizierung der Konvention über die Rechte von Menschen mit Behinderungen der Vereinten Nationen 2009 politisches Postulat ist, wird dieser Inklusionsaspekt kurz- und mittelfristig alle (Grund-)Schulen betreffen. Zugleich weist NRW eine religiös plurale Bevölkerung auf, mit der auch ev. Bekenntnisgrundschulen umgehen müssen. Inklusion wird dabei als wertegeleitetes Konzept verstanden, welches darauf zielt, gesamtgesellschaftliche Wahrnehmungen von Vielfalt zu verändern. Dies impliziert immer auch Vorstellungen des Wünschens- und Erstrebenswerten (Werte), die Kulturen zugrunde liegen und Individuen beeinflussen. An Bekenntnisgrundschulen wird nach dem betreffenden Bekenntnis der Religionsgemeinschaft gelehrt und erzogen, so dass die Kultur dieser Schulen in besonderem Maße durch das Bekenntnis geprägt ist. Die Untersuchung von Schulprogrammen, in denen die Lebensäußerungen von Schulen als Ort mit eigener Schulkultur gebündelt werden, nimmt das Fundament von Schulentwicklung ev. Grundschulen hinsichtlich beider Inklusionsaspekte in den Blick. Sowohl vor dem Hintergrund der Untersuchung von Schulkulturen als auch der Inklusionsaspekte spielen die Prägung durch das betreffende Bekenntnis sowie verankerte Wertvorstellungen eine große Rolle.This dissertation examines the connection of attachments of values and the attachments of two aspects of inclusion in manifestations of school cultures at denominational primary schools of North Rhine-Westphalia: the inclusion of learners with disabilities as well as facing religious diversity. Since Germanys ratification of the convention on the rights of persons with disabilities in 2009, inclusion has been a matter of concern. This issue will be of interest for every (primary) school sooner or later. At the same time North Rhine-Westphalia shows a highly divergent religious population and denominational primary schools must deal with this. Inclusion is understood as a concept guided by values and it aims at changing the perception of diversity by the society as a whole. This implies conceptions of the desirable (values) which are the basis of culture and thus influence every individual. Denominational primary schools teach and educate according to their confession. Therefore, the schools culture is extraordinarily characterized by the respective denomination. The paper analyses the frameworks of schools in which the various cultural characteristics are bundled and presented. It focuses on the basis of school development of protestant primary schools with regard to both aspects of inclusion. Taking into account the examination of school frameworks as well as the aspects of inclusion, the denominational nature of protestant schools as well as the conceptions of values are decisive.Tag der Verteidigung: 07.04.2015Paderborn, Univ., Diss., 201

Verfahren zur redundanten Datenplatzierung in skalierbaren Speichernetzen

Moderne Datenzentren sind mit einer rasant wachsenden Menge an Daten konfrontiert, welche sie mit immer höherer Geschwindigkeit hochverfügbar speichern müssen. Daher brauchen sie Speichersysteme, welche mit ihren Anforderungen wachsen. Zunehmend werden dazu Speichernetze eingesetzt, in welchen Datenserver einen virtuellen Speicher über Festplatten erzeugen. Dabei ist die Last des virtuellen Speichers so zu verteilen, dass die physikalischen Festplatten optimal genutzt werden. Um Ausfälle kompensieren zu können ist es nötig, Daten redundant zu speichern. Die Verfahren zur Datenverteilung müssen diesen Anforderungen gerecht werden. Einen wichtigen Beitrag liefern hier pseudorandomisierte Hashfunktionen. Innerhalb dieser Arbeit gehe ich auf verschiedene Speichersysteme ein. Speziell untersuche ich Speichernetze, welche aus Datenservern mit lokalen Festplatten bestehen. Für diese zeige ich, wie sie bei verschiedenen Arten der Datenverteilung skalieren. Leider wird keines der betrachteten Speichersysteme allen Anforderungen gerecht. Als Lösung stelle ich das Verfahren Redundant Share vor, welches alle Anforderungen erfüllt. Mittels Redundant Share kann eine beliebige Anzahl an Kopien der Daten des virtuellen Speichers wie gefordert verteilt werden. Gleichzeitig erfordert das Hinzufügen neuer Festplatten einen begrenzten Aufwand. Abschließend vermesse ich eine Implementierung von Redundant Share und vergleiche die Ergebnisse mit anderen Verteilern.Modern data centers are faced with a rapidly growing amount of data which they have to keep highly available with increasing performance. Therefore they need storage systems, which grow with the demands. Storage networks are more and more used in this area. In such systems data servers create a virtual storage on top of a number of physical hard disks. Therefore the load of the virtual storage has to be distributed in a way that the physical disks are used in an optimal way. It is also important to store all data with redundancies to be able to compensate broken hardware. The algorithms used for data distribution have to solve all these demands. Pseudo randomized hash functions have a big impact in this area. In this dissertation I describe different storage systems. I take a closer look at storage networks with data servers using directly attached hard disks. For these I show how they scale using different kinds of data distribution. Unfortunately none of the described storage systems solves all demands. As a solution I introduce Redundant Share which solves all demands. Using Redundant Share it is possible to distribute an arbitrary number of copies of each piece of data using each hard disk in an optimal way according its capacity. Moreover adding a new physical hard disk ends up in a bounded effort. I perorate with this dissertation by measuring an implementation of Redundant Share and by comparing the results with other distribution algorithms.Tag der Verteidigung: 10.05.2011Paderborn, Univ., Diss., 201

Синтез и свойства реагентов на основе иодзамещенных гидроксиполиэтил бензоатов

Поиск новых органических производных иода и изучение препаративных возможностей данных соединений в окислительных процессах позволит ввести в практику органического синтеза новые реагенты для окисления. В результате работы получены новые соединения - иодзамещенные гидроксиполиэтил бензоаты. При окислении данных соединений будут получены водорастворимые соединения поливалентного иода, которые в свою очередь должны проявить свойства мягких окислителей в окислительных превращениях спиртов. Таким образом, становится актуальным синтез и изучение препаративных возможностей легко извлекаемых реагентов с требуемой окислительной активностью.The search for new organic derivatives of iodine and the study of the preparative capabilities of these compounds in oxidative processes will make it possible to introduce new reagents for oxidation into the practice of organic synthesis. As a result of the work, new compounds — iodosubstituted hydroxypolyethyl benzoates — were obtained. During the oxidation of these compounds, water-soluble compounds of polyvalent iodine will be obtained, which in turn should exhibit the properties of soft oxidizing agents in the oxidative transformations of alcohols. Thus, the synthesis and study of the preparative capabilities of easily recoverable reagents with the required oxidative activity becomes relevant

Influence of riparian forest and agricultural land use on community structure and ecosystem function in headwater streams

Riparian forest buffers are often promoted to improve stream water quality and instream habitat in agricultural areas because the vegetation can filter runoff, reduce bank erosion, and restore channel morphology. However, previous studies have found that protecting narrow strips of riparian areas, typically 30-50 meters wide along streams, may be insufficient for restoring stream biological integrity in highly degraded watersheds. I examined nine headwater streams that varied in the amount of riparian forest and watershed agriculture to determine the extent to which riparian forest buffers can mitigate the effects of cropland agricultural activities. The nine sites were equally divided into three land use groups: 1) “Forested” streams with high percent riparian forest and low watershed agriculture, 2) “Buffered” streams with high percent riparian forest and high watershed agriculture, and 3) “Agricultural” streams with low percent riparian forest and high watershed agriculture. Sampling was conducted seasonally over three years to explore temporal patterns in community structure and ecosystem function related to land use, instream habitat, and water quality parameters. While there were significant seasonal and annual differences, relationships among streams within different land use groups remained relatively consistent throughout the study. Streams with low percent forest buffer had significantly higher daily maximum temperature, nitrate-nitrogen levels, and primary productivity than the two high forest buffer land use groups. Although there were greater abundances of macroinvertebrates and fish in streams with low forest buffer, assemblages were dominated by pollution tolerant taxa. In contrast, streams with high percent forest buffer and low watershed agriculture had the best biotic integrity. Greater proportions of piscivores in these streams was attributed to increased maximum depth and improved habitat structure from woody debris along with better water quality. Ordinations based on fish community composition revealed significant differences among all three land use groups due to differences in trophic structure. In addition, the fish assemblage matrix was significantly correlated to environmental patterns that clustered streams into each land use group. Macroinvertebrate assemblages were less sensitive to land use changes at both the riparian zone and watershed scale likely due to the dominance of sandy, unstable substrates in all sites. Results suggest instream conditions that were strongly controlled by the amount of riparian forest buffer in the watershed (e.g., basal resources, nutrient levels, and depth) had the greatest influence on stream community structure. Stable isotope analysis (13C and 15N) was performed to examine food web structure and energy flow within each stream to determine how land use changes affect ecosystem function and identify potential mechanisms for observed differences in community structure. To date, few studies have used a food web approach to investigate effects of row crop agriculture on headwater streams. Agricultural streams with low percent riparian forest had compressed food webs with low trophic diversity and high trophic redundancy. In contrast, forested and buffered streams had larger trophic niche areas with greater variability in both resource use and trophic position among invertebrates and fishes. Results suggest fish communities in agricultural streams occupied lower trophic positions and had greater reliance on periphyton production than forested and buffered streams. Although trophic diversity measures tended to be smaller in buffered sites, food web structure in forested and buffered streams were relatively similar despite a large range in watershed agriculture (48% - 81%) between these two land use groups. To further examine differences in food web structure, stable isotope and gut content analyses were combined to better quantify fish diets and explain variation in trophic position among species and land use groups. Gut content analysis revealed that fish in forested streams had a more diverse diet that included greater numbers of terrestrial invertebrates and aquatic invertebrate predators, whereas fish in agricultural streams consumed more aquatic herbivores (e.g., gastropods) and decapods. Diets shifts of the omnivorous creek chub followed differences in basal resource biomass among streams, with greater proportions of algae consumed by creek chubs in agricultural sites contrasted by greater detritus consumption in forested sites. Stable isotope analysis mixing model results supported differences indicated by gut content analysis, particularly increased contributions of terrestrial invertebrates to fish diets in forested streams. Results suggest the higher trophic positions of fish in forested streams were due to greater consumption of predatory invertebrates that inserted an intermediate link in the food chain. Together these studies highlight the importance of riparian forest buffers for restoring community structure, maintaining trophic diversity in food webs, and elevating fish trophic position in agricultural headwater streams. My research provides further support for conservation programs that target riparian areas in efforts to protect stream ecosystem function in agriculturally impacted watersheds