TY  - THES
AB  - In vielen Anwendungsbereichen wie beispielsweise der Avionik, industriellen Kontrollsystemen und dem Gesundheitswesen gewinnen sogenannte Mixed-Criticality Systeme, in denen Anwendungen mit unterschiedlicher Wichtigkeit sowie unterschiedlichen sicherheitskritischen Anforderungen auf einer gemeinsamen Rechenplattform implementiert werden, immer größere Bedeutung. Die Hauptanforderung an solche Systeme ist ein modularer Sicherheitsnachweis, der eine unabhängige Zertifizierung von Anwendungen anhand der zugehörigen Sicherheitsebenen unterstützt. Um dieses Ziel zu erreichen fehlt im Stand der Technik jedoch eine Mixed-Criticality Architektur für vernetzte Multi-Core-Chips mit Echtzeitunterstützung, Fehlereingrenzung und Sicherheit. Die Dissertation befasst sich mit dieser Problematik und bietet einen Lösungsansatz auf Basis von Architekturmodellen,  selektiver Fehlertoleranz, Scheduling-Techniken und einer Simulationsarchitektur.
Die Basis dieser Integration sind Mechanismen für die zeitliche und räumliche Partitionierung, die die Sicherheit der Anwendungen mit verschiedenen Kritikalitätsstufen sicherstellen, so dass keine gegenseitige Beeinflussung entsteht. Die zeitliche Partitionierung wird über den Einsatz von autonomer zeitlicher Kontrolle basierend auf einem zeitgesteuerten Schedule mit definierten Zeitpunkten aller Kommunikationsaktivitäten in Bezug auf eine globale Zeitbasis realisiert. Diese Zeitpunkte der periodischen Nachrichten verbessern die Vorhersehbarkeit und ermöglichen eine rigorose Fehlererkennung und Fehleranalyse.
Zeitgesteuerte Schedules erleichtern zudem die Beherrschung der Komplexität von Fehlertoleranzmechanismen und die Erstellung analytischer Zuverlässigkeitsmodelle. Ferner wird eine  Partitionierung der Netzwerkbandbreite verwendet um verschiedene Zeitmodelle (z.B. periodisch, sporadisch und aperiodisch) zu kombinieren.
Ein weiterer Beitrag dieser Arbeit ist die selektive Fehlertoleranz für Mixed-Criticality Systeme. Ein Hauptmerkmal der Fehlertoleranz in Kommunikationsprotokollen wie Time-Triggered Ethernet (TTEthernet) und ARINC 664 ist die Bereitstellung redundanter Kommunikationskanäle zwischen Netzwerkknoten über mehrere unabhängige Netzwerkkomponenten. Die Datenflüsse zwischen den Netzwerkknoten sind gegen Fehler der verschiedenen Netzwerkkomponenten, wie beispielsweise Links oder Switches, geschützt. Der Hauptnachteil replizierter Netzwerke in großen Systemen sind jedoch die zusätzlichen Kosten, insbesondere wenn die Netzwerke ihre Dienste für mehrere Subsysteme, nämlich nicht-sicherheitskritische und kritische Subsysteme, bereitstellen. Diese Arbeit stellt eine neuartige Systemarchitektur vor, welche die Redundanz in Mixed-Criticality Systemen basierend auf einer Ring-Topologie unterstützt. Diese Architektur erfüllt die Anforderung der sicherheitskritischen Systeme und ist gleichzeitig auch für nicht-sicherheitskritische Systeme wirtschaftlich einsetzbar. Das Hauptmerkmal der vorgeschlagenen Architektur ist die Fehlereingrenzung, so dass Fehler keinen Einfluss auf  Subsysteme mit höherer Kritikalität aufweisen. Außerdem garantiert die vorgeschlagene Architektur die Bereitstellung von Nachrichten mit begrenzten Verzögerungen und begrenztem Jitter.
Basierend auf den in dieser Arbeit vorgestellten Architekturansätzen werden effiziente Scheduling-Algorithmen für große Mixed-Criticality Systeme mit verschiedenen Zeitmodellen eingeführt. Die Architekturmodelle werden auch mit Hilfe eines Simulations-Frameworks evaluiert, welches hierarchische Mixed-Criticality Systeme mit vernetzten Multi-Core-Chips unterstützt. Ferner wird dieses Framework verwendet um die vorgeschlagenen Scheduling-Algorithmen zu verifizieren. Diese Evaluation wird zudem um analytische Modelle der End-to-End-Kommunikation für verschiedene Kritikalitätsstufen ergänzt.
AU  - Abuteir, Mohammed
DA  - 2017
KW  - Netzwerktopologie
KW  - Mixed-Criticality Systems
KW  - Time-triggered
KW  - Gateway
LA  - eng
PY  - 2017
TI  - Architecture design for distributed mixed-criticality systems based on multi-core chips
UR  - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:467-11314
Y2  - 2024-11-24T10:25:02
ER  -