Entwurfsbegleitende Leistungsanalyse für SDL-basiertes Design multimedialer Internet-Transportsysteme

Neben der funktionalen Korrektheit von komplexen Kommunikationssystemen spielt eine ausreichende Performance dieser Systeme eine immer wichtigere Rolle. Dabei ist es notwendig, Performance-Aspekte bereits in frühen Entwurfsphasen und nicht erst nach der Implementierung der Systeme zu berücksichtigen. Die vorliegende Arbeit präsentiert eine Methodik zur entwurfsbegleitenden, modellgestützten Leistungsanalyse von Kommunikationsprotokollen, die mit Hilfe der Sprache SDL formal spezifiziert wurden. Die vorgestellte Methodik verwendet dazu Beschreibungsmechanismen, Verfahren und Werkzeuge, die bereits im Entwurfsprozeß dieser Systeme verwendet werden. Für die wichtigsten Implementierungsansätze von Kommunikationsprotokollen werden Performance-Bausteine vorgestellt und deren Verwendung erläutert. Die Tragfähigkeit der entwickelten Methodik wird durch eine große Fallstudie im Kontext von Reservierungsprotokollen zur Unterstützung von Multimedia-Anwendungen im Internet demonstriert. Dabei werden nicht nur die informellen Angaben der vorhandenen RFCs in formale SDL-Beschreibungen umgesetzt, sondern auch als existent vorausgesetzte Ressource-Management-Funktionen entwickelt und analysiert. Die vorliegende Arbeit schließt so die bisher bestehende Lücke im SDL-basierten Entwurfsprozeß verteilter reaktiver Systeme und ermöglicht die modellgestützte Betrachtung von Performance-Aspekten in den frühen Phasen des Entwurfsprozesses

Implementation of an ISO/OSI 8073/TP4 Protocol Stack under Linux

Thema der Masterarbeit ist die Ablösung eines bestehenden kundenspezifischen IT-Systems durch moderne PC-Technologie mit dem Betriebssystem Linux. Die Software des neuen Systems sollte sich nach außen identisch mit der des abgelösten Systems verhalten. Dazu mussten die bestehenden Prozesse von der Programmiersprache PEARL für die neue Linux-Umgebung nach C++ portiert werden. Für diese und für neu geschaffene Prozesse wurde ein Applikationsframework als gemeinsame Software-Basis geschaffen. Zur Ankopplung externer, beibehaltener Systeme war ferner die Implementierung eines ISO/OSI 8073/TP4-Netzwerkprotokoll-Stacks erforderlich. Die Masterarbeit beschreibt zunächst das neu geschaffene, objektorientierte Applikationsframework. Dessen Komponenten, insbesondere die verschiedenen Klassen zur Kapselung des Linux Message Queue-Mechanismus zur Interprozesskommunikation, werden vorgestellt. Im Anschluss erfolgt die Beschreibung des ISO/OSI 8073/TP4-Protokolls, kombiniert mit allgemeinen Grundlagen für die Realisierung von gesicherten Transportprotokollen der OSI-Schicht 4. Angesprochen werden ferner die Protokolle IEEE802.2 und IEEE 802.3 der OSI-Schicht 2 für Medium Access Control (MAC) und Logical Link Control (LLC). Zur Implementierung dieser Protokolle kommen die Linux RAW Sockets als Programmierschnittstelle zum Netzwerkkarten-Zugriff zum Einsatz. Schwerpunkt der Arbeit ist die Software-Architektur zur Umsetzung des TP4-Transportprotokolls. Die nötigen Mechanismen für eine gesicherte Datenübertragung mit Sequenznummern, Acknowledges und Timern werden objektorientiert in C++ realisiert. Die Modellierung der beteiligten Klassen erfolgt mit Hilfe der Unified Modeling Language (UML)

NENA - Ein Rahmenwerk für maßgeschneiderte Kommunikationsnetze

Neue Kommunikationsprotokolle beschränken sich oft nur auf spezielle Anwendungsfälle, versprechen dafür aber eine bessere Ressourcennutzung in diesen Fällen. In dieser Arbeit werden architekturelle Konzepte vorgestellt, die ein Szenario mit mehreren maßgeschneiderten Netzen unterstützen. Zu den vorgestellten Konzepten gehören ein Rahmenwerk für den Betrieb unterschiedlichster Protokolle, eine protokollagnostische Anwendungsschnittstelle und Vereinfachungen für den Protokollentwurf

Entwicklung und Optimierung von Software für eine mikrocontrollerbasierte Steuerung einer Messeinheit mit High-Speed USB-Schnittstelle

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Update-Programming in motor vehicles via heterogeneous communication networks

Die bestehende, historisch gewachsene, Elektronik- und Kommunikationsarchitektur stößt immer mehr an ihre Leistungsgrenzen und muss in einem ganzheitlichen Ansatz neu überdacht werden. Ausgehend von der Historie der Kfz-Elektronik erfolgt eine Abschätzung der weiteren Entwicklung des Kfz mit den zu erwartenden Folgen für ein Fahrzeug- Kommunikationssystem. Die derzeit verfügbaren automobilen Datenbussysteme werden vorgestellt und hinsichtlich ihrer Eignung für eine neue fortschrittliche Architektur bewertet. Im Mittelpunkt dieser Betrachtungen steht FlexRay als ein neuartiges zeitgesteuertes Datenbussystem der Automobilindustrie, dem als Backbone eine zentrale Rolle der vorgestellten Architektur zukommt. Nach der Einführung der eingesetzten Übertragungssysteme werden die beiden grundsätzlichen Architekturformen, die Gateway- und Backbone-Architektur, miteinander verglichen und die Vorteile der Backbone-Architektur heraus gearbeitet. Die Realisierung der einzelnen Domänen in Hard- und Software bis hin zum Aufbau des vollständigen Kommunikationssystems werden umfassend beschrieben und die dahinter stehenden Überlegungen verdeutlicht. Dieser neuartige Architekturentwurf erfordert ein Routingprotokoll, das vom Aufbau her an das Internetprotokoll IP angelehnt ist. Es übernimmt an Stelle des Super-Gateways der Gateway-Architektur die Aufgabe der Adressierung und der Vermittlung der Daten. Als Ergebnis dieser Arbeit steht ein Labor-Fahrzeugnetzwerk, das eine entsprechende Backbone-Architektur mit FlexRay-Backbone und einem Bluetooth-Diagnosezugang implementiert. Mit einem im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Diagnosetester ist die Update-Programmierung der Steuergeräte über das Netzwerk möglich. Die dafür notwendigen Voraussetzungen wie bspw. ein Flashbootloader wurden implementiert und der Nachweis der Funktionsfähigkeit der Backbone-Architektur damit erbracht.The current existing electronic and communication architectures are running more and more into to max capacity. Therefore a new holistic solution has to be made. This dissertation analyses the historical developments of current vehicle electronic systems in order to explain the restrictions for future requirements of automotive architectures. Based on these historical grown restrictions an estimation of the future developments and the expected consequences for in-vehicle communication systems was made. Starting from the theoretical basics the current available automotive data bus systems are introduced. Also the ability of these bus systems to run in modern communication architectures is assessed. Most emphasis is placed on FlexRay a newly developed, time triggered and fast bus system for the automotive industry. For that reason the FlexRay bus is used as a backbone and therefore it takes a very important position in the proposed communication architecture of this dissertation. The fundamental architectures, the gateway- and the backbone architecture, are compared and the advantages of the backbone architecture are named after the introduction of the used transmission systems. It is described in detail the realisation of the specific hard- and software domains up to the construction of the complete communication system. This developed architecture leads to new requirements for the communication protocols which are not or only with a lot of effort accomplishable with CAN based protocols. Therefore a routing protocol was developed that is similar to the internet protocol IP. The result of this dissertation is a prototype of an automotive network. The network is realised as a backbone architecture containing a FlexRay backbone. A Bluetooth diagnostic interface is also implemented. It is possible to update the software of the control unit (ECU) over the network with a self-developed diagnostic tester. The necessary requirements for the update programming, e.g. Flash-Bootloader, were implemented and the verification of the backbone architecture was adduced

Effizientes Routing in strukturierten P2P Overlays

Als Fundament für neuartige Netzwerkanwendungen sind strukturierte P2P Overlays attraktiv. In diesen Strukturen folgen Datenpakete logischen Verbindungen zwischen den Netzwerkteilnehmern, die jedoch meist komplexen Wegen durch das zugrunde liegende Netzwerk entsprechen. Die in dieser Arbeit vorgestellten Konzepte verringern die daraus resultierenden hohen Routing-Latenzen im Overlay. Schwerpunkt dabei ist ein Verfahren zur Vergabe von auf Netzwerk-Koordinaten basierenden Teilnehmerkennungen

Effizientes Routing in strukturierten P2P Overlays

Als Fundament für neuartige Netzwerkanwendungen sind strukturierte P2P Overlays attraktiv. In diesen Strukturen folgen Datenpakete logischen Verbindungen zwischen den Netzwerkteilnehmern, die jedoch meist komplexen Wegen durch das zugrunde liegende Netzwerk entsprechen. Die in dieser Arbeit vorgestellten Konzepte verringern die daraus resultierenden hohen Routing-Latenzen im Overlay. Schwerpunkt dabei ist ein Verfahren zur Vergabe von auf Netzwerk-Koordinaten basierenden Teilnehmerkennungen

Entwurf und Analyse sicherheitsrelevanter Kommunikationsarchitekturen

In the future, system engineers of railway control systems have to consider digital communication between components more than ever. The number of communicating systems rises steadily, while the offer of commercial off the shelf products for digital transmission networks is also growing. Safety protocols be included in the architecture in order to guarantee that safety-critical systems could be used on unsafe transmission channels. Safety layers have to detect different types of message errors to grant functional safety. It is highly recommended to prove the specification of a safety protocol with model checking methods to ensure a correct specification. The safety reaction on such errors must be a safe state, which usually stops the communication service until the system is reinitialised or reset by an operator. Therefore a safe communication reduces the fault tolerance against arbitrary transmission errors and lowers the reliability of the communication architecture. To improve the fault tolerance against message errors it is necessary to use a reliable message transmission service before the safety check is executed. A reliable transmission service can be included in the safety layer, in the upper protocol layer of the grey channel or in both layers. A naive combination of fault-tolerance mechanisms in the grey channel and safety layers will not necessarily increase the overall fault-tolerance: if, for example, lost messages in the grey channel lead to retransmissions after timeouts, the message eventually passed to the receiving safety layer may be out-dated and therefore has to be discarded. As a consequence, it is necessary to perform analyses whether the design of safety related communication architectures is safe and reliable. This thesis describes a common concept for reliability and safety analysis of communication architectures in safety-critical systems. Case studies of industrial sized communication architectures evaluate this new approach. Besides, the analysis results are used to improve the design