TypicalCPA - Typical Worst Case Compositional Performance Analysis

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Rolf Ernst
• Fachliche Zuordnung: Rechnerarchitektur, eingebettete und massiv parallele Systeme
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 270604602

Zahlreiche Anwendungen in der Regelungs- und Kommunikationstechnik sind robust gegenüber begrenzt häufig auftretenden Deadline-Überschreitungen. Diese Robustheit kann für eine effiziente Auslegung eingebetteter Systeme ausgenutzt werden, jedoch braucht es eine formale Verifikation des Zeitverhaltens, welche die maximale Häufigkeit von Deadline-Überschreitungen überprüft. Die Realisierung dieser Verifikationsaufgabe ist Gegenstand des laufenden Projekts: Für komplexe eingebettete Systeme mit heterogenen Komponenten werden sog. (m,k)-Garantien formal abgeleitet. Diese geben an, dass garantiert nicht mehr als m von k konsekutiven Ausführungen von einer Deadline-Überschreitung betroffen sind. Darüber hinaus soll im Projekt ein vertieftes Verständnis des Verhaltens transient überlasteter Systeme gewonnen werden. In der ersten Projektphase wurde die vorhandene (m,k)-Verifikationsmethode für Einzelkomponenten zunächst erheblich verbessert und dann in das bestehende kompositionelle Performanzanalyse-Framework „Compositional Performance Analysis (CPA)“ integriert. Dazu wurden die Kopplungsmechanismen zwischen den einzelnen Komponentenanalysen schrittweise zu einer „Typical Worst Case Compositional Performance Analysis (TypicalCPA)“ erweitert.Was zu einer praktisch nutzbaren Systemanalyse noch fehlt, ist die effiziente Propagierung von überlastbehafteten Ereignismodellen und die Ableitung von Ende-zu-Ende-Metriken. Die Ergebnisse sollen schließlich für ein (m,k)-Systemdesign genutzt werden. Zunächst ist geplant, die Berechnung der Kopplungsmechanismen zu optimieren, um die Genauigkeit der (m,k)-Garantien zu erhöhen. Die Kopplung der komponentenbezogenen Analyse entsteht durch den Fluss von Aktivierungsereignissen im System. Es soll die Tatsache berücksichtigt werden, dass die Natur eines Aktivierungsereignisses sich während der Propagierung durch das System verändern kann, sodass es - je nach Zeit und Ort - Ursache von Überlast ist oder nicht. Die gewonnenen Ergebnisse erlauben dann, die räumliche und zeitliche Ausbreitung von Überlast im System zu untersuchen. Anschließend soll die Definition und Berechnung von Ende-zu-Ende Systemmetriken unter Berücksichtigung verschiedener Aktivierungssemantiken vorangetrieben werden. Dazu gehört die Berechnung der Veränderung des relativen Datenalters und die Dispersion des relativen Datenalters im System aufgrund von (m,k)-Verlusten. Außerdem soll das Systemdesign optimiert gestaltet werden, sodass auch anspruchsvolle (m,k)-Garantien gewährleistet werden können. Die abschließende Evaluation der gewonnenen Ergebnisse soll anhand von industriellen Fallstudien stattfinden, insbesondere weiterhin zu Ethernet-Backbone Netzen, sowie anhand von synthetischen Testfällen, wobei neue Erkenntnisse zur automatischen Generierung von Testsystemen mit transientem Überlastverhalten geliefert werden sollen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartnerin: Sophie Quinton, Ph.D.