TY - THES A3 - Obermaisser, Roman AB - Heute gibt es eine breite Palette von Industriesystemen, die auf föderierten Architekturen basieren, was bedeutet, dass jeder Rechenknoten im System ausschließlich einer Funktion zugeordnet ist. Aufgrund der zunehmenden Rechenleistung eines einzelnen Prozessors und der zunehmenden Anzahl von Rechenprozessoren auf einer einzigen Plattform wurde umfangreiche Forschung zur Integration mehrerer Funktionen mit unterschiedlichen Kritikalitätsstufen auf einer gemeinsamen Plattform durchgeführt. So hat sich beispielsweise im Bereich der Avionik der Entwicklungstrend von föderierten zu integrierten Architekturen verlagert. Der ARINC 653 Standard wurde veröffentlicht, der die Ausführungsumgebung für das Hosting mehrerer Avionik-Softwarefunktionen in einem einzigen Rechenknoten definiert. ARINC 653 wurde erfolgreich implementiert (z.B. Airbus A380) und erreichte seine primären Ziele (Kosten- und Gewichtsreduzierung, modulare Zertifizierung möglich). Die bestehenden Ausführungsumgebungen auf Basis einer integrierten Architektur unterstützen jedoch nur statische Systemkonfigurationen. In bestimmten Bereichen wie der Bahnindustrie ist eine dynamische Systemanpassung zur Laufzeit erforderlich, die sowohl die Anwendungsausführungsumgebung als auch die Datenkommunikationsmechanismen betrifft. In dieser Dissertation liegt unser Fokus auf einer Ausführungsumgebung, die auf einer integrierten Architektur basiert, die die sichere Integration von mixed-criticality-Anwendungen garantiert und auch das Problem der Systemrekonfiguration angeht. Um die Forschungslücke zu schließen, stellen wir eine Ausführungsumgebung für integrierte Echtzeitanwendungen vor, indem wir das Paradigma des Software- Defined Networking (SDN) nutzen. Wir erweitern die zeitlichen und räumlichen Isolations-mechanismen von der Anwendungsschicht auf die Ausführungsumgebung, so dass sich die integrierten Anwendungen den Rechenknoten störungsfrei teilen. Für die Datenkommunikation der integrierten Anwendungen schlagen wir einen virtuellen Switch vor, der die zeitliche und räumliche Isolation zwischen den Datenflüssen unterstützt und das SDN-Paradigma nutzt, um die Rekonfigurationsanforderungen der Datenflüsse zu erfüllen. Darüber hinaus befassen wir uns auch mit dem kontrollierten Import und Export von Nachrichten zwischen Datenflüssen im vorgeschlagenen virtuellen Switch. Für die deterministischen Kommunikationsanforderungen von harten Echtzeitanwendungen schlagen wir einen virtuellen Switch vor, der IEEE 802.1Qbv und IEEE 802.1Qci nach dem Time Sensitive Networking (TSN)-Standard ist, um die Forschungslücke des virtuellen Switchings zu schließen, das eine begrenzte Verzögerung mit geringem Jitter in einer integrierten Architektur garantiert. In den Proof-of-Concept-Implementierungen zeigen wir die Nicht-Interferenz zwischen Anwendungen in der Ausführungsumgebung durch Fehlerinjektion. In unseren Virtual-Switch-Demonstratoren bewerten wir die grundlegenden Isolationsmechanismen und den Determinismus des Message-Switching, während wir den verursachten Overhead für die Nachrichtenübertragung sowie den kontrollierten Datenaustausch messen, wobei der gemessene Overhead im vorgeschlagenen Virtual- Switch weniger als 10 μs beträgt. AU - Fang, Hongjie DA - 2019 DO - 10.25819/ubsi/3194 KW - Software-defined networking KW - Integrated System KW - Software-Defined Networking KW - Real-time System KW - Virtual Networking LA - eng PY - 2019 TI - Execution environment for integrated real-time systems based on software-defined networking TT - Ausführungsumgebung für integrierte Echtzeitsysteme basierend auf Software-definierter Vernetzung UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:467-16514 Y2 - 2024-12-22T06:14:07 ER -