TY - THES A3 - Obermaisser, Roman AB - Heutige komplexe Steuerungssysteme wie Züge, Flugzeuge oder Autos bestehen in der Regel aus mehreren vernetzten Komponenten, die von geografisch verteilten Herstellern entwickelt werden. Während ihres Entwicklungsprozesses sind die Integration und das Testen der Komponenten zentrale Schritte. Die Standorte der Hersteller erschweren jedoch den Prozess, da die Komponenten an einen Ort geliefert werden müssen und Intellectual Property geschützt werden muss. Die Verwendung eines verteilten Co-Simulations-Frameworks, das Software- und Hardware-in-the-Loop (SIL/HIL) Tests unterstützt, kann diese Probleme lösen. Es ermöglicht eine virtuelle Integration sowie das Testen der Komponenten über das Internet und schützt Intellectual Property, wenn es auf einer netzwerkzentrischen Abstraktionsebene arbeitet. In diesem Fall konzentriert es sich auf den Datenaustausch zwischen den Komponenten und Kenntnisse über ihre interne Implementierung sind nicht erforderlich. Nach dem heutigen Stand der Technik ist ein Framework, das auf einer netzwerkzentrischen Abstraktionsebene arbeitet und Co-Simulation, SIL- und HIL-Tests unterstützt, noch nicht verfügbar. Außerdem werden beim HIL-Test Hardware-Geräte mit Echtzeitanforderungen eingesetzt. Wenn diese Geräte über öffentliche Wide Area Networks wie das Internet miteinander verbunden werden, ist die Genauigkeit verteilter HIL-Tests durch den Determinismus der Netzwerklatenzen begrenzt. Die verfügbaren Frameworks basieren hauptsächlich auf Quality of Service Mechanismen wie z.B. Differentiated Services. Die Kommunikationszyklen des Systems Under Test (SUT) können jedoch kleiner als die garantierten Latenzen sein, was zu Deadline-Überschreitungen führt. Daher sind Mechanismen zur Verwaltung von Verzögerungen erforderlich, die eine rechtzeitige Weiterleitung der Eingangspakete gewährleisten. Diese Dissertation schlägt ein verteiltes Co-Simulations-Framework vor, das auf einer netzwerkzentrischen Abstraktionsebene arbeitet und die oben genannten Techniken unterstützt. Es synchronisiert die Komponenten des SUT, koordiniert ihren Datenaustausch und beinhaltet Fehlerinjektionsmechanismen zur Validierung der Zuverlässigkeit. Durch die Bereitstellung einer generischen Komponentenschnittstelle werden heterogene Simulationswerkzeuge und physikalische Geräte unterstützt. Die wichtigsten Beiträge dieser Dissertation sind zwei Mechanismen zur Verwaltung von Verzögerungen, die auf State-Estimation und spekulativer Ausführung basieren. Der erste Mechanismus leitet vorhergesagte Pakete an die Komponente weiter, wenn (I) empfangene Pakete verzögert werden oder (II) als zusätzliche Pakete zwischen den Empfangenen. Dadurch wird der Nachrichtenaustausch innerhalb des Frameworks reduziert. Der zweite Mechanismus teilt die Simulation in mehrere Untergruppen auf. Diese Untergruppen führen unabhängige Tasks im Voraus aus, um Daten rechtzeitig an Echtzeitgeräte weiterzuleiten. Mit Hilfe der Mechanismen ist das Framework in der Lage, Simulationen, Software-Algorithmen und reale Hardware über öffentliche Kommunikationsnetze zu verbinden und gleichzeitig die Echtzeitanforderungen des SUTs zu erfüllen. Es ist daher nicht notwendig, alle Simulationsmodelle oder physikalische Prototypen zentral zur Verfügung zu stellen. Die Auswertung mit einer verteilten Steuerungsanwendung demonstriert die Skalierbarkeit des Frameworks. Die Zeit für die Ausführung einer Simulation steigt linear mit der simulierten Zeit und ist durch das Wachstum der Anzahl der Komponenten in größeren Setups begrenzt. Darüber hinaus zeigt die Auswertung die Vorteile des Verzögerungsmanagements für verteilte Echtzeittests. Nach der Bestimmung einer geeigneten Echtzeitkonfiguration des Simulations-PCs kann der State-Estimation-Mechanismus für eine rechtzeitige Weiterleitung von Paketen an die Komponenten verwendet werden. Die Verwendung von zusätzlichen Paketen zwischen den Empfangenen verbessert die Genauigkeit von verteilten Echtzeittests und macht sie unabhängig von den Verzögerungen im Netzwerk. Während die spekulative Ausführung Echtzeittests lokal und in Local Area Networks ermöglicht, erfordern Netzwerke mit größeren Verzögerungen (z.B. das Internet) weniger strikte zeitliche Anforderungen an das SUT. Aus Performance-Sicht erreichen beide Mechanismen je nach Größe des Setups, der Netzwerktopologie und der Kommunikationsperiode erhebliche Speedups. AU - Pieper, Tobias DA - 2020 DO - 10.25819/ubsi/5952 KW - Distributed Co-Simulation KW - Hardware-In-The-Loop Testing KW - Software-In-The-Loop Testing KW - Networked Embedded Systems KW - Real-Time Systems LA - eng PY - 2020 TI - Distributed co-simulation framework for hardware- and software-in-the-loop testing of networked embedded real-time systems TT - Verteiltes Co-Simulations-Framework für Hardware- und Software-In-The-Loop Testen vernetzter eingebetteter Echtzeitsysteme UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:467-17287 Y2 - 2024-11-21T22:59:35 ER -