Domänenübergreifende Anwendungskommunikation im IP-basierten Fahrzeugbordnetz

In heutigen Premiumfahrzeugen kommunizieren bis zu 80 Steuergeräte über bis zu sechs verschiedene Vernetzungstechnologien. Dabei öffnet sich die Fahrzeugkommunikation nach außen: Das Fahrzeug kommuniziert auch mit dem Smartphone des Fahrers und dem Internet. Für die Kommunikation über verschiedene Anwendungsdomänen im Fahrzeug müssen heute Gateways eingesetzt werden, die zwischen den nicht-kompatiblen Protokollen übersetzen. Deswegen geht der Trend auch in der Fahrzeugkommunikation zum Internet Protocol (IP), das für technologie- und domänenübergreifende Kommunikation entwickelt wurde. Neben dem durchgängigen Protokoll auf der Vermittlungsschicht ist für die effiziente Entwicklung eines komplexen, verteilten Systems wie einem Fahrzeug auch eine entsprechende Kommunikationsmiddleware notwendig. Die Kommunikation in einem Fahrzeug stellt spezielle Anforderungen an die Kommunikationsmiddleware. Zum einen werden in Fahrzeugen unterschiedliche Kommunikationsparadigmen genutzt, beispielsweise signalbasierte und funktionsbasierte Kommunikation. Zum anderen können sich die Kommunikationspartner in einem Fahrzeug hinsichtlich ihrer Ressourcen und ihrer Komplexität erheblich unterscheiden. Keine existierende IP-basierte Kommunikationsmiddleware erfüllt die in der vorliegenden Arbeit identifizierten Anforderungen für den Einsatz im Fahrzeug. Ziel dieser Arbeit ist es daher, eine Kommunikationsmiddleware zu konzipieren, die für den Einsatz im Fahrzeug geeignet ist. Die vorgestellte Lösung sieht mehrere interoperable Ausprägungen der Middleware vor, die den Konflikt zwischen unterschiedlichen funktionalen Anforderungen einerseits und den sehr heterogenen Kommunikationspartnern andererseits auflösen. Ein weiterer elementarer Teil der Lösung ist die Umsetzung der im Fahrzeug erforderlichen Kommunikationsparadigmen. Das funktionsbasierte Paradigma wird durch einfache Remote Procedure Calls implementiert. Das signalbasierte Paradigma wird durch ein darauf aufbauendes Notification-Konzept implementiert. Somit wird eine stärker am aktuellen Informationsbedarf orientierte Umsetzung ermöglicht, als dies im heutigen Fahrzeugbordnetz durch das einfache Verteilen von Daten der Fall ist. Es wird gezeigt, dass sich prinzipiell beide Kommunikationsparadigmen durch einen einzigen Mechanismus abbilden lassen, der abhängig von den beteiligten Ausprägungen mit dynamischen oder nur statischen Daten operiert. Ein skalierbares Marshalling berücksichtigt darüber hinaus die unterschiedlichen Anforderungen der Anwendungen und die unterschiedliche Leistungsfähigkeit der beteiligten Steuergeräte. Hiermit wird die Kommunikation zwischen allen Anwendungen im IP-basierten Fahrzeugbordnetz durchgängig ermöglicht. Auf dieser Basis wird die Lösung um wichtige Systemdienste erweitert. Diese Dienste implementieren Funktionen, die nur in der Kooperation mehrerer Komponenten erbracht werden können oder kapseln allgemeine Kommunikationsfunktionalität zur einfachen Wiederverwendung. Zwei für die Anwendung im Fahrzeug wichtige Systemdienste werden prototypisch dargestellt: Ein Service-Management ermöglicht die Verwaltung von Diensten in unterschiedlichen Zuständen, ein Security-Management bildet Security-Ziele auf die bestmögliche Kombination von implementierten Security-Protokollen der beteiligten Kommunikationspartner ab. Diese Systemdienste sind selbst skalierbar und lassen sich damit an das Konzept unterschiedlicher Ausprägungen der Kommunikationsmiddleware anpassen. Durch Leistungsmessungen an den im Rahmen dieser Arbeit entstandenen Prototypen wird gezeigt, dass die konzipierte Kommunikationsmiddleware für den Einsatz auf eingebetteten Systemen im Fahrzeug geeignet ist. Der Versuchsaufbau orientiert sich an typischen Anwendungsfällen für die Fahrzeugkommunikation und verwendet Automotive-qualifizierte, eingebettete Rechenplattformen. Insbesondere wird nachgewiesen, dass mit dem beschriebenen Konzept auch leistungsschwache Steuergeräte ins System eingebunden werden können. Die IP-basierte Kommunikationsmiddleware ist damit auf allen relevanten Steuergeräten im Fahrzeug durchgängig einsetzbar.In today's premium cars, up to 80 electronic control units communicate over up to six networking technologies. Additionally, vehicle communication opens to off-board: the car connects to the driver's smartphone and the Internet. The communication between different application domains within the vehicle builds on additional hardware components as application layer gateways to translate between the incompatible protocols. Thus, also for in-car communication, the trend goes towards networking over the Internet Protocol (IP) that has been developed for being independent of technologies and application domains. Besides the universal protocol at the network layer, an efficient development of a complex distributed system requires communication middleware. In-car communication makes special demands on the communication middleware. On the one hand, a variety of communication paradigms are used for in-car communication, such as signal-based and function-based communication. On the other hand, the communication partners differ considerably in terms of computing resources and complexity of the hosted applications. No existing IP-based middleware fulfils the identified requirements for in-car communication. The objective of this research is to design a middleware that is suitable for IP-based in-car communication. The presented solution provides multiple interoperable specifications of the middleware which resolves the conflict between different functional requirements on the one hand and the very heterogeneous communication partners on the other hand. Another fundamental part of the solution is the implementation of required communication paradigms. The function-based paradigm is implemented by simple remote procedure calls. The signal-based paradigm is implemented by a notification concept that allows for a more demand-oriented communication compared to today's practice. It is shown, how both communication paradigms can be implemented through a single mechanism that operates on dynamic or static data -- depending on the involved middleware specifications. A scalable marshalling considers the different requirements and performance levels of the participating electronic control units. Scalable specifications of the communication middleware enable seamless operations on restricted embedded and more powerful platforms. On this basis, the solution is enhanced with important system services. Such services implement functionality that can only be provided in cooperation of multiple components or that encapsulate general communication functionality for easy reuse. Two essential services are prototyped: a service management allows the management of services in different operational states. A security management matches security objectives in the best possible combination of implemented security protocols that two given communication partners have in common. These system services are designed to be scalable and can therefore be adapted to the concept of different specifications of the communication middleware. Performance measurements using the implemented prototypes show that the designed communication middleware is suitable for the application on embedded systems in the vehicle. The experimental set-up is based on typical use cases for in-car communication and uses automotive-qualified, embedded computing platforms. In particular, the set-up practically demonstrates that the concept also incorporates low-performance electronic control units into the system. The IP-based communication middleware enables communication between all applications in the IP-based in-car communication system

Domänenübergreifende Anwendungskommunikation im IP-basierten Fahrzeugbordnetz

In heutigen Premiumfahrzeugen kommunizieren bis zu 80 Steuergeräte über bis zu sechs verschiedene Vernetzungstechnologien. Dabei öffnet sich die Fahrzeugkommunikation nach außen: Das Fahrzeug kommuniziert auch mit dem Smartphone des Fahrers und dem Internet. Für die Kommunikation über verschiedene Anwendungsdomänen im Fahrzeug müssen heute Gateways eingesetzt werden, die zwischen den nicht-kompatiblen Protokollen übersetzen. Deswegen geht der Trend auch in der Fahrzeugkommunikation zum Internet Protocol (IP), das für technologie- und domänenübergreifende Kommunikation entwickelt wurde. Neben dem durchgängigen Protokoll auf der Vermittlungsschicht ist für die effiziente Entwicklung eines komplexen, verteilten Systems wie einem Fahrzeug auch eine entsprechende Kommunikationsmiddleware notwendig. Die Kommunikation in einem Fahrzeug stellt spezielle Anforderungen an die Kommunikationsmiddleware. Zum einen werden in Fahrzeugen unterschiedliche Kommunikationsparadigmen genutzt, beispielsweise signalbasierte und funktionsbasierte Kommunikation. Zum anderen können sich die Kommunikationspartner in einem Fahrzeug hinsichtlich ihrer Ressourcen und ihrer Komplexität erheblich unterscheiden. Keine existierende IP-basierte Kommunikationsmiddleware erfüllt die in der vorliegenden Arbeit identifizierten Anforderungen für den Einsatz im Fahrzeug. Ziel dieser Arbeit ist es daher, eine Kommunikationsmiddleware zu konzipieren, die für den Einsatz im Fahrzeug geeignet ist. Die vorgestellte Lösung sieht mehrere interoperable Ausprägungen der Middleware vor, die den Konflikt zwischen unterschiedlichen funktionalen Anforderungen einerseits und den sehr heterogenen Kommunikationspartnern andererseits auflösen. Ein weiterer elementarer Teil der Lösung ist die Umsetzung der im Fahrzeug erforderlichen Kommunikationsparadigmen. Das funktionsbasierte Paradigma wird durch einfache Remote Procedure Calls implementiert. Das signalbasierte Paradigma wird durch ein darauf aufbauendes Notification-Konzept implementiert. Somit wird eine stärker am aktuellen Informationsbedarf orientierte Umsetzung ermöglicht, als dies im heutigen Fahrzeugbordnetz durch das einfache Verteilen von Daten der Fall ist. Es wird gezeigt, dass sich prinzipiell beide Kommunikationsparadigmen durch einen einzigen Mechanismus abbilden lassen, der abhängig von den beteiligten Ausprägungen mit dynamischen oder nur statischen Daten operiert. Ein skalierbares Marshalling berücksichtigt darüber hinaus die unterschiedlichen Anforderungen der Anwendungen und die unterschiedliche Leistungsfähigkeit der beteiligten Steuergeräte. Hiermit wird die Kommunikation zwischen allen Anwendungen im IP-basierten Fahrzeugbordnetz durchgängig ermöglicht. Auf dieser Basis wird die Lösung um wichtige Systemdienste erweitert. Diese Dienste implementieren Funktionen, die nur in der Kooperation mehrerer Komponenten erbracht werden können oder kapseln allgemeine Kommunikationsfunktionalität zur einfachen Wiederverwendung. Zwei für die Anwendung im Fahrzeug wichtige Systemdienste werden prototypisch dargestellt: Ein Service-Management ermöglicht die Verwaltung von Diensten in unterschiedlichen Zuständen, ein Security-Management bildet Security-Ziele auf die bestmögliche Kombination von implementierten Security-Protokollen der beteiligten Kommunikationspartner ab. Diese Systemdienste sind selbst skalierbar und lassen sich damit an das Konzept unterschiedlicher Ausprägungen der Kommunikationsmiddleware anpassen. Durch Leistungsmessungen an den im Rahmen dieser Arbeit entstandenen Prototypen wird gezeigt, dass die konzipierte Kommunikationsmiddleware für den Einsatz auf eingebetteten Systemen im Fahrzeug geeignet ist. Der Versuchsaufbau orientiert sich an typischen Anwendungsfällen für die Fahrzeugkommunikation und verwendet Automotive-qualifizierte, eingebettete Rechenplattformen. Insbesondere wird nachgewiesen, dass mit dem beschriebenen Konzept auch leistungsschwache Steuergeräte ins System eingebunden werden können. Die IP-basierte Kommunikationsmiddleware ist damit auf allen relevanten Steuergeräten im Fahrzeug durchgängig einsetzbar.In today's premium cars, up to 80 electronic control units communicate over up to six networking technologies. Additionally, vehicle communication opens to off-board: the car connects to the driver's smartphone and the Internet. The communication between different application domains within the vehicle builds on additional hardware components as application layer gateways to translate between the incompatible protocols. Thus, also for in-car communication, the trend goes towards networking over the Internet Protocol (IP) that has been developed for being independent of technologies and application domains. Besides the universal protocol at the network layer, an efficient development of a complex distributed system requires communication middleware. In-car communication makes special demands on the communication middleware. On the one hand, a variety of communication paradigms are used for in-car communication, such as signal-based and function-based communication. On the other hand, the communication partners differ considerably in terms of computing resources and complexity of the hosted applications. No existing IP-based middleware fulfils the identified requirements for in-car communication. The objective of this research is to design a middleware that is suitable for IP-based in-car communication. The presented solution provides multiple interoperable specifications of the middleware which resolves the conflict between different functional requirements on the one hand and the very heterogeneous communication partners on the other hand. Another fundamental part of the solution is the implementation of required communication paradigms. The function-based paradigm is implemented by simple remote procedure calls. The signal-based paradigm is implemented by a notification concept that allows for a more demand-oriented communication compared to today's practice. It is shown, how both communication paradigms can be implemented through a single mechanism that operates on dynamic or static data -- depending on the involved middleware specifications. A scalable marshalling considers the different requirements and performance levels of the participating electronic control units. Scalable specifications of the communication middleware enable seamless operations on restricted embedded and more powerful platforms. On this basis, the solution is enhanced with important system services. Such services implement functionality that can only be provided in cooperation of multiple components or that encapsulate general communication functionality for easy reuse. Two essential services are prototyped: a service management allows the management of services in different operational states. A security management matches security objectives in the best possible combination of implemented security protocols that two given communication partners have in common. These system services are designed to be scalable and can therefore be adapted to the concept of different specifications of the communication middleware. Performance measurements using the implemented prototypes show that the designed communication middleware is suitable for the application on embedded systems in the vehicle. The experimental set-up is based on typical use cases for in-car communication and uses automotive-qualified, embedded computing platforms. In particular, the set-up practically demonstrates that the concept also incorporates low-performance electronic control units into the system. The IP-based communication middleware enables communication between all applications in the IP-based in-car communication system

12. Ilmenauer TK-Manager Workshop: Technische Universität Ilmenau, 7 September 2012 ; Tagungsband

Im Februar 1995 veranstaltete das Fachgebiet Kommunikationsnetze erstmalig einen Workshop zu "Branchentypischen Anwendungen in der Informations- und Telekommunikationstechnik". Er diente der Diskussion des Weiterbildungsbedarfs mit Partnern aus der Praxis in Vorbereitung des berufsbegleitenden Weiterbildungsstudienganges „Telekommunikations-Manager“. Dieser, kurz TK-Manager genannte Studiengang wird seit 1996 erfolgreich durchgeführt, hat bereits etwa 100 Absolventen in einen neuen Arbeitsabschnitt entlassen. Seit 1998 findet regelmäßig der „Ilmenauer TK-Manager Workshop statt, an welchem Absolventen des Studienganges mit interessierten Partnern aus anderen Bildungseinrichtungen und der Wirtschaft ihre Erfahrungen austauschen und aktuelle Entwicklungen aus dem Informations- und Kommunikationssektor diskutieren. Das Spektrum der Vorträge umfasst daher Themen aus der Informations- und Kommunikationstechnik über Protokoll- und Dienstaspekte in speziellen Anwendungsbereichen (wie beispielsweise Green Computing, Automotive, Cloud Computing) bis hin zu ökonomischen, personellen oder rechtlichen Fragstellungen mit Bezug zur Telekommunikation. In diesem Jahr führen wir nunmehr den Workshop zum zwölften Mal durch, das dritte Mal innerhalb des Internationalen Wissenschaftlichen Kolloquiums (IWK). Die Beiträge des Workshops und darüber hinaus aktuelle Forschungsthemen des Fachgebiets Kommunikationsnetze, das für den TK-Manager federführend ist, sind in diesem Tagungsband zusammengefasst

Opportunistische Weiterleitung von netzwerkcodierten Multicast-Übertragungen in drahtlosen Sensornetzen

In dieser Dissertation wird ein Kommunikationsschema für drahtlose Sensornetze entwickelt, welches die Multicast-Kommunikation unterschiedlicher Anwendungen mittels Netzwerkcodierung überlagert. Eine besondere Herausforderungen stellen hierbei die Eigenschaften drahtloser Sensornetze dar. Die eingeschränkte Netzwerkkapazität beschränkt zugleich das erreichbare Maximum der handhabbaren Datenmenge

Untersuchung des Einsatzes von Web Service-Technologien in Automationsnetzwerken

In letzter Zeit wurden viele spezifische Protokolle entwickelt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde untersucht, inwieweit es möglich ist, existierende proprietäre Protokolle auf Web Services abzubilden. Es wurde des Weiteren die Skalierbarkeit von Web Services untersucht. Es wurde gezeigt, dass Web Services in Netzwerken beliebiger Größen eingesetzt werden können. Ein weiterer Aspekt dieser Arbeit war die Untersuchung der Web Services im Hinblick auf die Echtzeitfähigkeit. Es konnte gezeigt werden, dass die Verarbeitung der Nachrichten in die Hardware verlagert werden kann

Cross-Layer-Optimierungen für WLAN-Mesh-Netzwerke

Gegenstand dieser Arbeit ist es, das Verhalten von IEEE-802.11s-Mesh-Netzwerken in der Praxis zu untersuchen und Strategien und Lösungen zu entwickeln, durch die einerseits die Administrierbarkeit und Skalierbarkeit komplexer Mesh-Backbones erhöht werden und andererseits verteilte Anwendungen die darunter liegende Netzwerkstruktur gezielt berücksichtigen können, um das vorhandene Datendurchsatzpotential effizient zu nutzen.The aim of this thesis is to investigate the practical behavior of IEEE 802.11s mesh networks and to develop strategies and solutions that, on the one hand, increase the scalability and manageability of complex mesh backbones and, on the other hand, enable distributed applications to explicitly consider the underlying network structure, allowing them to utilize the available network capacity efficiently

Netzwerk-Management und Hochgeschwindigkeits- Kommunikation. Teil XV. Seminar WS 1996/97

Der Interne Bericht enthaelt die Beitraege zum Seminar "Netzwerk-Management und Hochgeschwindigkeits-Kommunikation", das im Wintersemester 1996/97 zum fuenfzehnten Mal stattgefunden hat. Die Themenauswahl kann grob in folgende vier Bloecke gegliedert werden: 1. Ein Block ist der Mobilkommunikation gewidmet. Hier werden die aktuellen Entwicklungen zuerst anhand von UMTS aufgezeigt, einem europaeischen Projekt zur Standardisierung eines umfassenden Mobilfunksystems der 3. Generation. Anschliessend folgen Beitraege zur Technik des digitalen Radiosystems DAB (das auch als Datenverteildienst genutzt werden kann) sowie zum "Drahtlosen ATM". 2. Ein zweiter Block beschaeftigt sich mit grundlegenden Techniken in ATM-Netzwerken. Hier werden zum einen Routing-Mechanismen vorgestellt und zum anderen der ABR-Dienst erlaeutert. 3. Der dritte Block umfasst den Themenbereich Internet. Hier werden neuere Entwicklungen anhand von IPv6 und TCPng aufgezeigt. Schliesslich werden noch Charakteristiken des Multicast Backbone (MBone) untersucht. 4. Im vierten Block werden Netztechnologien im LAN/MAN-Bereich vorgestellt. Hier werden die Standards zum Fast Ethernet und Grundlagen zum Thema "Corporate Networks" praesentiert

Zeitsynchronisation in drahtgebundenen Rechnernetzen

Ausgehend von einer Analyse des Standes der Technik werden neuartige Verfahren für die Zeitsynchronisation in drahtgebundenen Netzwerken vorgestellt. Unter anderem wird, zum ersten Mal im Bereich der Zeitsynchronisation, eine Kombination aus Linearer Optimierung und Broadcast-Nachrichten vorgestellt, was eine Verbindung der jeweiligen Genauigkeits- und Skalierbarkeitsvorteile ermöglicht. Weiterhin wird, ebenfalls zum ersten Mal im Bereich der Zeitsynchronisation, eine Kombination aus Linearer Optimierung und Temperaturkompensation vorgestellt.Based on an analysis of the state of the art, several new time synchronization methods for wired networks are proposed. Among others, for the first time in the synchronization domain, a combination of linear programming and broadcast messages is proposed, which allows combining the respective accuracy and scalability advantages. Moreover, this thesis proposes combining linear programming and temperature compensation, also for the first time in the field of time synchronization

Scalable emulation of network links between virtual nodes

Die Nutzung von nicht lokalen Diensten nimmt aktuell stetig zu. Die Bedeutung von online Angeboten wird immer größer. Daraus folgt auch der Bedarf nach einer stetig wachsenden Netzwerkinfrastruktur und einer ständig zunehmenden Zahl an Anwendungen, welche die Möglichenkeiten dieser Netzwerkinfrastruktur ausnutzen. Um solche Anwendungen ausreichend testen zu können, werden Netzwerktestumgebungen benötigt, die eine möglichst große Netzwerktopologie emulieren können und mit vielen Instanzen der zu testenden Anwendung zurecht kommen. Dazu ist es notwendig, innerhalb dieser Netzwerktestumgebungen mit möglichst vielen unterschiedlichen Broadcastdomains arbeiten zu können. In der Diplomarbeit soll unter der Emulationsarchitektur TVEE des Projekts NET der Universität Stuttgart Abteilung Verteilte Systeme gearbeitet werden und in TVEE werden die zu testenden Anwendungen in virtuellen Knoten ausgeführt. Es ist notwendig, diese virtuellen Knoten gruppieren zu können, um unterschiedliche Broadcastdomains zu erhalten. TVEE arbeitet zu diesem Zweck mit VLAN-Technik. Die VLAN-Technik ist aber aufgrund der Definition auf eine relativ kleine Anzahl möglicher Vlangruppen beschränkt. In dieser Diplomarbeit soll ein Weg gefunden werden, diese Beschränkung zu erweitern oder aufzuheben.In these days, readiness to profit from non-local services is increasing continually. Nonlocal offers are gaining impressively in importance entailing satisfaction of needs of a steadily growing network-infrastructure as well as number of applications in order to make the most of this network-infrastructure. In order to be able to test such applications sufficiently, network-testenvironments are inquired which can emulate networktopology as large as possible and can handle numerous instances of the application to be tested. To this, it is necessary to work within these network-testenvironments with as many as possible different broadcastdomains. In this diplom thesis it is required to work under the emulation architecture TVEE of the project NET of the University of Stuttgart, Department Distributed Systems. In TVEE, the applications to be tested are carried out in virtual nodes. In order to get different broadcastdomains, it is necessary to have the possibility of grouping those virtual nodes. To this aim, TVEE employs VLAN-technique. On account of the definition, the VLAN-technique is limited to a relatively small number of VLAN-groups possible. Object of the present diplom thesis is to discover a method for a removal or enlargement of this restriction