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2025 | Buch

Proaktive Fehlertoleranz in verteilten Echtzeitsystemen mit dynamischer Ressourcen-Reallokation

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Über dieses Buch

Dennis Niedballa stellt eine neuartige Methode zur proaktiven Fehlertoleranz in automobilen E/E-Architekturen vor. Er zeigt, dass Ausfälle digitaler Systeme prognostizierbar sind, und beschreibt ein ressourcenoptimiertes Verfahren, mit dem drohende Störungen proaktiv behandelt und sicherheitskritische Funktionen unterbrechungsfrei fortgeführt werden können. Zu den wesentlichen Neuerungen zählen ein agentenbasiertes Sicherheitskonzept, ein allgemeiner Lösungsraum fehlertoleranter Systeme sowie die Petal-Architektur – ein dezentrales und kosteneffizientes E/E-Architekturkonzept, das proaktive Fehlertoleranz ermöglicht.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
Kapitel 1. Einleitung
Zusammenfassung
Seit der Einführung elektronischer Systeme in Straßenfahrzeugen Ende des letzten Jahrhunderts hat der Automobilbereich einen beispiellosen technologischen Wandel erfahren. Die ursprünglich rein mechanischen Produkte haben sich zu softwaregestützten mechatronischen Systemen entwickelt, die den Fahrer nicht nur unterstützen, sondern zunehmend selbst Fahrfunktionen übernehmen. Aktuelle Entwicklungen deuten darauf hin, dass Fahrzeuge in Zukunft autonom im Straßenverkehr navigieren werden, während der Fahrer allmählich zum Passagier wird.
Dennis Niedballa
Kapitel 2. Grundlagen
Zusammenfassung
Die vorliegende Arbeit erfordert ein grundlegendes Verständnis des Aufbaus und der Zuverlässigkeit automobiler Bordelektronik. Das folgende Kapitel gibt daher zunächst einen Überblick über die wichtigsten Aspekte der Funktionalen Sicherheit im Automobilbereich und die möglichen Fehlerursachen in der Bordelektronik. Es folgt eine Einführung in die Zuverlässigkeitsanalyse und Fehlertoleranz technischer Systeme sowie in den Aufbau und die Entwicklung automobiler E/E-Architekturen.
Dennis Niedballa
Kapitel 3. Stand der Forschung
Zusammenfassung
Nachdem die zum Verständnis dieser Arbeit erforderlichen Grundlagen beleuchtet wurden, geht das folgende Kapitel auf den Stand der Forschung ein. Es beschreibt zunächst die wichtigsten Forschungsvorhaben der letzten Jahre im Bereich der fehlertoleranten E/E-Architekturen. Anschließend wird der Stand der Forschung im Bereich der fehlertoleranten Multiagentensysteme erläutert.
Dennis Niedballa
Kapitel 4. Konzeption
Zusammenfassung
Nachdem im vorangegangenen Kapitel der Forschungsbedarf an proaktiver Fehlertoleranz in automobilen E/E-Architekturen aufgezeigt und die Plausibilität des Ansatzes nachgewiesen wurde, wird im folgenden Kapitel ein entsprechendes Konzept präsentiert. Dieses besteht aus drei Teilen: einer Methode zur Fehlerprädiktion, einer Methode zur dezentralen Fehlerbehandlung durch agentenbasierte Ressourcen-Reallokation sowie dem Konzept einer dazu kompatiblen E/E-Architektur. Diese Konzepte werden in den folgenden drei Unterkapiteln beschrieben.
Dennis Niedballa
Kapitel 5. Implementierung
Zusammenfassung
Das folgende Kapitel beschreibt die beispielhafte Implementierung der zuvor dargestellten Konzepte zur proaktiven Live-Migration von Fahrzeugfunktionen. Dabei wird zunächst in Abschnitt 5.1 die genutzte Hardwareplattform beschrieben. Im darauf folgenden Abschnitt 5.2 wird der Zusammenhang mit der IT-Security dargestellt. Es folgt eine Beschreibung der Implementierung der agentenbasierten Softwareimplementierung und ihrer Einbindung in den ASOA-Core. Zuletzt wird die Implementierung des Migrationsprozesses sowie der Autoorchestrierung behandelt.
Dennis Niedballa
Kapitel 6. Praktischer Nachweis
Zusammenfassung
Im folgenden Kapitel wird die beschriebene Methode zur proaktiven Fehlertoleranz an einigen Beispielen angewandt und ihre Umsetzbarkeit praktisch nachgewiesen. Dazu werden die in den vorangegangenen Kapiteln beschriebenen, beispielhaft implementierten Methoden zur Ausfallprognose, zur Migration und zur Autoorchestrierung zunächst separat untersucht. Anschließend erfolgt ein Gesamttest, bei dem alle Funktionalitäten in ihrem Zusammenspiel getestet werden.
Dennis Niedballa
Kapitel 7. Zusammenfassung
Zusammenfassung
Die vorliegende Arbeit präsentiert eine neuartige Methode zur proaktiven Fehlertoleranz in E/E-Architekturen möglicher zukünftiger Fahrzeuggenerationen. Wie in Kapitel 3 dargelegt wurde, existiert derzeit im Automobilbereich kein vergleichbarer Ansatz. Jedoch zeigt die Analyse anderer Branchen, dass eine kurzfristige Fehlerprognose durchaus realisierbar und in vielen Fällen bereits etabliert ist, was einen bislang ungenutzten Gestaltungsspielraum für die Sicherheitsarchitektur von Straßenfahrzeugen eröffnet.
Dennis Niedballa
Backmatter
Metadaten
Titel
Proaktive Fehlertoleranz in verteilten Echtzeitsystemen mit dynamischer Ressourcen-Reallokation
verfasst von
Dennis Niedballa
Copyright-Jahr
2025
Electronic ISBN
978-3-658-48790-4
Print ISBN
978-3-658-48789-8
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-48790-4