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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 3

Modularisierung und Skalierbarkeit der System-Software

Nicht alle verteilten Anwendungen im Fahrzeug haben die gleichen Anforderungen an Kommunikationsdienste. Besonders die leistungsstarken Steuergeräte mit vielen Funktionen arbeiten mit großen und komplexen Datenstrukturen, zeigen ein dynamisches Verhalten und erfordern damit komplexere Interaktionsmechanismen. Einfache Anwendungen, die beispielsweise mit einem einfachen RPC-Mechanismus auskommen, sind dagegen häufig auf leistungsschwachen Steuergeräten implementiert. Um der Leistungsskalierung von Steuergeräten im Bordnetz Rechnung zu tragen, muss eine Kommunikations-Middleware ebenso skalierbar sein, d.h., es werden verschiedene Ausprägungen der Kommunikations-Middleware benötigt.

Dazu werden drei Leistungsklassen von ECUs unterschieden. Für jede dieser drei Klassen muss im Projektverlauf eine Ausprägung der Kommunikations-Middleware spezifiziert werden, die im Folgenden als kleine, mittlere bzw. große Ausprägung bezeichnet werden.

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Bei der Definition des Umfangs einer Ausprägung, z.B. im Hinblick auf die angebotenen Session-Semantiken, muss zwischen den durch Anwendungsfälle motivierten Kommunikationsanforderungen und der Leistungsfähigkeit abgewogen werden. Die Ausgangsbasis für die Evaluierung verschiedener Ausprägungen wird in den Bildern 2, 3 und 4 schematisch dargestellt. Die Blöcke beschreiben dabei die Komponenten der Ausprägung, wobei ausgegraute Blöcke als optional betrachtet werden.

Eine generelle Anforderung an die Zuordnung von Komponenten ist hierbei, dass die jeweils größere Ausprägung den kompletten Funktionsumfang der jeweils kleineren beinhalten muss. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass bei der Migration einer Anwendung auf ein größeres Steuergerät und damit auf eine größere Kommunikations-Middleware-Ausprägung die Kommunikationsschnittstelle der Anwendung nicht modifiziert werden muss. Eine weitere Anforderung ist die Interoperabilität verschiedener Ausprägungen, d.h., die Kommunikation muss zwischen zwei beliebigen Steuergeräten möglich sein. Dies wird durch eine einheitliche Serialisierung der Daten und ein minimales Kommunikationsparadigma, das alle Ausprägungen implementiert, sichergestellt. Die Ausprägungen unterscheiden sich ebenfalls in der jeweiligen Verfügbarkeit der Security-Optionen, Nachrichten auch signiert oder verschlüsselt zu übertragen. Dieser Aspekt wird später bei der näheren Betrachtung des modularen Security-Frameworks ausführlicher behandelt.

Die große Ausprägung bietet für eine Vielzahl von Anwendungen mit diversen Anforderungen an die Kommunikation das volle Spektrum an möglichen Kommunikationsparadigmen und Session-Semantiken. Dies umfasst neben entfernten Prozeduraufrufen auch die Teilnahme an einem Publish/Subscribe-Mechanismus.

Dagegen ist die kleine Ausprägung durch die Leistungsfähigkeit ihrer beherbergenden ECU eingeschränkt. Denkbar ist beispielsweise, dass eine Implementierung von TCP auf der Transportschicht aufgrund des geringen verfügbaren Speichers nicht möglich ist und daher nur Funktionsaufrufe über UDP mit einer einfachen Zustellsemantik realisiert werden können. Ein vereinfachter Service-Discovery-Dienst muss allerdings zwingend auch zum Umfang der kleinen Ausprägung gehören, da nur so eine dynamische Service Discovery für das Gesamtsystem möglich ist: Zumindest wenn eine kleine ECU selbst einen Dienst anbietet, muss sie auf eine Anfrage nach diesem Dienst korrekt antworten können.