Übertragung großer Datenobjekte unter Randbedingungen funktionaler Sicherheit

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Rolf Ernst
• Fachliche Zuordnung: Rechnerarchitektur, eingebettete und massiv parallele Systeme
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 541889935

V2X (vehicle-to-everything)-Kommunikation wird aktuell bereits zur Unterstützung sicherheitskritischer Fahrzeugfunktionen, wie dem kooperativen automatisierten Fahren, vorgeschlagen. Die kommunizierten Datenobjekte sind klein und benötigen eines oder wenige Pakete. Sie passen daher zu paketorientierten Protokollen. Folgt man den bekannten Roadmaps für das automatisierte Fahren, werden für die Zukunft auch sicherheitskritische Anwendungen mit hohen Datenraten erwartet. Beispiel ist der Transport von Daten hochauflösender Sensoren (Kameras, LIDAR, …) für eine fahrzeugübergreifende Sensorfusion und Szenenerfassung (Collaborative Perception, CP). Dabei gelten nicht nur hohe Anforderungen an die Zuverlässigkeit, sondern auch enge Zeitbedingungen, um im Fahrzeug rechtzeitig Entscheidungen auf Basis der Ergebnisse treffen zu können. Diese Anforderungen gehen deutlich über den Stand der Technik hinaus. Zwar gibt es mit dem Konzept der Ultra Reliable Low Latency Communication (URLLC) Verfahren, die gleichzeitig Zuverlässigkeit bieten und enge Zeitbedingungen erfüllen, die erzielbaren Datenraten sind aber viel zu gering. Ein Weg führt über die Nutzung von Anwendungswissen. Anwendungen wie CP kommunizieren mit einem Strom großer Datenobjekte, auf die sich die Zeit- und Qualitätsanforderungen beziehen. In Vorarbeiten, die im Bereich der Networks-on-Chip begannen, konnte gezeigt werden, dass der Slack zwischen der Übertragung von Datenobjekten, bei geeignetem Scheduling, zur unterbrechungsfreien Rekonfiguration des Netzwerks verwendet werden kann. Diese Ergebnisse wurden in der Folge erfolgreich auf TSN (Echtzeit-Ethernet) übertragen, wobei ein echtzeitfähiges und hochzuverlässiges Konfigurationsmanagement unterlegt wurde. In aktuellen Arbeiten wurde gezeigt, dass der Slack auch sehr effizient zur Fehlerkorrektur in drahtlosen Netzen verwendet werden kann, gerade für den geforderten Transport von hochauflösenden Sensordaten. Die jeweiligen Nachweise erfolgten durch Simulation, formale Analyse und Messungen an physikalischen Aufbauten. Bisher stand eine einzelne Verbindung und ihre Absicherung im Vordergrund. Das Projekt plant die Zusammenführung mehrerer Datenströme in einer V2X-Verbindung mit Fehlersicherung der kritischen Ströme, wofür Scheduling- und Fehlerkorrekturmaßnahmen zu erweitern und durch eine formale Zuverlässigkeitsanalyse zu belegen sind. Um auch zentrale Arbitrierung und die Korrektur längerer Burstfehler zu berücksichtigen, werden Handoverprozesse entwickelt, die auf der Kombination eines hochzuverlässigen redundanten Control Layers mit einer schnellen Stromumschaltung im Radio Access Network bestehen, die auf den Vorarbeiten zur sicheren TSN-Rekonfiguration gründen. Da die Fehlerkorrektur durch Lastverteilung über mehrere Verbindungen deutlich verbessert werden könnte, soll auch dieser Ansatz untersucht werden. Alle Verfahren sollen in einem physikalischen Aufbau mit Messung in einer Modellumgebung validiert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen