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Sichere IP-basierte Kommunikation im Fahrzeug

14. März 2011, 10:50 Uhr | Von Kay Weckemann und Dr. Benjamin Weyl (Co-Autoren: Dr. Daniel Herrscher, Gerrit Grotewald)

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Fortsetzung des Artikels von Teil 2

IP-basierte Kommunikations-Middleware

Da das Internet-Protokoll von den Bussystemen abstrahiert ist, würde bereits ein darauf aufsetzendes Transportprotokoll (Transmission Control Protocol, TCP, oder User Datagram Protocol, UDP) genügen, um Anwendungen eine einheitliche Kommunikationsschnittstelle zu bieten. Ein Socket ist ein Dienstzugangspunkt, der durch das 5-Tupel aus IP-Adressen (je eine pro Absender und Empfänger), Transportprotokoll und Ports (einer je Absender und Empfänger) dargestellt werden kann. Sockets bieten nur einfache Kommunikationsprimitive. Um den Bedarf an komplexeren Interaktionen zu decken, ist es lohnenswert, eine weitere Abstraktionsschicht oberhalb des Transportprotokolls zu implementieren – eine Kommunikations-Middleware.

Kommunikations-Middleware ist eine Software-Komponente, die verteilten Anwendungen Basisfunktionen für die Kommunikation im verteilten System zur Verfügung stellt. Klassische Aufgaben sind in Bild 1 dargestellt. Die Funktionsschnittstelle einer Anwendung stellt die Funktionen mit dazugehörigen Parametern dar, die von anderen Anwendungen über das Netzwerk aufgerufen werden können. Eine Funktionsschnittstellen-Beschreibungssprache (Interface Definition Language; IDL) gibt dabei die Syntax für die Beschreibung vor und dient zugleich als Basis für die automatische Erzeugung von Code-Rahmen für die Implementierung der Schnittstellen. Die Kommunikation zwischen den Steuergeräten kann unterschiedlichen Kommunikationsparadigmen folgen. Eine Anforderungsanalyse der Spezialisten der BMW Forschung und Technik GmbH hat ergeben, dass zwei gängige Paradigmen für die Anwendungsfälle im Fahrzeug ausreichen: Ein entfernter Prozeduraufruf (Remote Procedure Call; RPC) entspricht aus Anwendungssicht einem lokalen Prozeduraufruf. Die Kommunikation zum entfernten Ausführen der Anfrage wird durch den RPC-Mechanismus verborgen. Da in einem IP-Netzwerk Nachrichten verloren gehen können, kann man hierbei verschiedene Session-Semantiken unterscheiden. Die Semantiken beschreiben Garantien, die durch den RPC-Mechanismus sichergestellt werden, z.B. dass ein Aufruf mindestens einmal ausgeführt werden muss. Das zweite verwendete Kommunikationsparadigma ist Publish/Subscribe. Im Gegensatz zum anfragebasierten RPC-Mechanismus meldet sich hierbei eine Anwendung für einen Datensatz an und wird anschließend über Änderungen dieses Datensatzes unterrichtet, analog zum Notifizierungskonzept bei MOST. Des Weiteren verwaltet die Kommunikations-Middleware systemweite Dienste wie die Dienstsuche (Service Discovery).

Wie in Bild 1 dargestellt, stellt ein Security Framework sichere Kommunikationswege über unterschiedliche Protokolle bereit. Der Security Stub innerhalb der Kommunikations-Middleware adaptiert diese bereitgestellten Dienste entsprechend der Security-Anforderungen an die Kommunikation.