ISBN 978-3-8439-3575-3

978-3-8439-3575-3, Reihe Informatik

Martin Manderscheid
Performance-Verifikation von Netzwerkarchitekturen eingebetteter Systeme unter Berücksichtigung von Laufzeitvariabilität

198 Seiten, Dissertation Universität Augsburg (2018), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Heutige vernetzte eingebettete Systeme realisieren eine Vielzahl von auf Software und Elektronik basierenden Features. Diese unterstützen den Nutzer und werden je nach Kontext in zahlreichen Konfigurationen aktiviert. Bei Fahrzeugen etwa können abhängig vom Fahrkontext unterschiedliche Kombinationen von Fahrerassistenzfunktionen aktiviert werden. Gleichzeitig ist die Entwicklung vernetzter eingebetteter Systeme von starkem Kostendruck geprägt, was großen Einfluss auf den Entwurfsprozess hat. Je genauer die zur Laufzeit benötigten Hardwareressourcen vorausgesagt werden können, desto geringer sind die Herstellungskosten. Zugleich unterliegen vernetzte eingebettete Systeme häufig Echtzeitanforderungen, insbesondere bzgl. der Kommunikation. Die Einhaltung dieser Anforderungen an das Netzwerk wird in der Netzwerk-Performance-Verifikation sichergestellt. Hierbei sollen diese Anforderungen mit einem Minimum an Hardwareressourcen erfüllt werden. Hierin liegt die Herausforderung dieses Prozessschritts. Die durch die Laufzeitvariabilität entstehende Komplexität erschwert eine exakte Performance-Verifikation und somit eine kostengünstige Netzwerkarchitektur.

In der vorliegenden Arbeit wird ein neuer Ansatz zur Lösung dieser Problemstellung vorgestellt. Dieser Ansatz sieht zwei Varianten vor. Beide Varianten ermöglichen die Performance-Verifikation aktueller vernetzter eingebetteter Systeme unter Berücksichtigung von Laufzeitvariabilität auf Grundlage eines Analysemodells und einem Netzwerk- Performance-Modells. Das Analysemodell beschreibt Laufzeitvariabilität, Software- und Netzwerkarchitektur sowie deren Zusammenhänge, und das Netzwerk- Performance-Modell die Netzwerk-Performance des Systems. Während der Fokus der ersten Variante auf einer möglichst exakten Verifikation liegt, wurde beim Entwurf der zweiten Variante mehr Gewicht auf Skalierbarkeit bezüglich der Laufzeitvariabilität gelegt. Um eine skalierbare Lösung zu erhalten, wurde bei dieser Variante - aufbauend auf den Modellen der ersten Variante - ein integriertes Netzwerk-Performance-Modell konstruiert, das Laufzeitvariabilität im Performance-Modell beschreibt. Hierfür wurden Heuristiken entworfen, die - in Kombination mit einem Mixed-Integer Linear Program (MILP)-Solver - die benötigte Rechenzeit im Vergleich zur ersten Variante signifikant verringern.