Experimenteller Vergleich von Lösungen zur Integration zeitgesteuerter und ereignisgesteuerter Kommunikation auf Basis von FlexRay

Abstract

In verteilten Systemen erfolgt die Kommunikation zwischen den Komponenten nach dem ereignisgesteuerten oder dem zeitgesteuertem Paradigma. Bei diesen Paradigmen gibt es Unterschiede bei signifikanten Eigenschaften wie Zeitverhalten (z.B.<br />Latenz, Bandbreitenausnutzung), Fehlerisolation und der Stabilität von bereits validierten Services. Das Ziel dieser Arbeit war es FlexRay als Grundlage zu verwenden um ereignisgesteuerte Kommunikation im statischen und dynamischen FlexRay Segment zu implementieren und diese Implementierungen auf ihre signifikanten Eigenschaften zu überprüfen. Zu diesem Zweck wurde eine Overlay-Networkebene implementiert, welche die zeitgesteuerte Kommunikation im statischen FlexRay Segment verwendet um einen ereignisgesteuerten Kommunikationsdienst zu realisieren. Diese Implementierung wird "Ereignisgesteuertes System aufbauend auf einem zeitgesteuerten System" genannt. Für den zweiten Ansatz zur Implementierung der ereignisgesteuerten Kommunikation wurde das dynamische Segment von FlexRay benutzt. Das dynamische Segment implementiert die ereignisgesteuerte Kommunikation direkt am Media Access Control (MAC) Layer. Dieser Ansatz wird "Ereignisgesteuertes System parallel zu einem zeitgesteuerten System" genannt. Ein experimenteller Aufbau wurde auf Grundlage eines Clusters mit vier Powerlink PL5A1-Knoten, dem FlexRay- Kommunikationskontroller MFR4200 und dem Betriebssystem TTX-OS realisiert.<br />Die experimentellen Ergebnisse haben gezeigt, dass das "Ereignisgesteuerte System parallel zu einem zeitgesteuerten System" bessere durchschnittliche Latenzzeiten und eine höhere Bandbreitenausnutzung bietet. Fehlerisolation und die Stabilität von bereits validierten Services sind nur im ereignisgesteuerten System aufbauend auf einem zeitgesteuerten System gegeben.<br />

In distributed Systems the communication is carried out between the components according to the event-triggered or the time-triggered paradigm. Among these paradigms there are differences in significant characteristics like timing (e.g., latency, bandwidth), fault isolation and the stability of already validated services.<br />The aim of this thesis was to use FlexRay as a basis in order to implement the event-triggered communication in the static and the dynamic FlexRay segments and then to check these implementations regarding the significant characteristics.<br />For these purposes an overlay-network-level has been implemented, which uses the time-triggered communication in the static FlexRay segment in order to realize an event-triggered communication service. This implementation is called "eventtriggered system constructed on a time-triggered system". For the second approach of the implementation of event-triggered communication the dynamic segment of FlexRay has been used. The dynamic segment implements the event-triggered communication directly on the Media Access Control (MAC) layer. This approach is called "event-triggered system parallel to the time-triggered system".<br />An experimental setup has been realized on the basis of a cluster with four Powerlink PL5A1 nodes, the FlexRay communication controller MFR4200 and the operating system TTX-OS. The experimental results have shown that the "event-triggered system parallel to the time triggered system" offers better average latencies and a higher bandwidth. Fault isolation and the stability of already validated services are given only in the event-triggered system constructed on a time-triggered system.