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Embedded Systems > 04 - Real-Time Communication > Flashcards

04 - Real-Time Communication Flashcards

1
Q

Was sind Anforderungen an Real-Time Communication Protocols? (7)

A
  • geringer Jitter dmax − dmin
  • gerine maximale Protokoll execution time dmax
  • Support für multicast Kommunikation
  • zeitliche Abkapselung der Komponenten
  • Error Erkennung beim Receiver (und beim Sender)
  • geringe Error Erkennungslatenz
  • kein Ruckeln bei Spitzenlast
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2
Q

Wozu dient Flow Control?

A

Befasst sich mit der Kontrolle des Informationsflusses zwischen Kommunikationspartnern, sodass der Absender den Empfänger nicht überholt. In jedem Szenario sollte der Empfänger die Geschwindigkeit der Kommunikation bestimmen.

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3
Q

Welche Arten des Flow Control gibt es? (2)

A
  • explicit flow control

* implicit flow control

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4
Q

Was ist Implicit Flow Control?

A

Sender und Empfänger bestimmen vor der Laufzeit, dass eine maximale Senderate vom
Sender nicht überschritten wird und dass diese Rate vom Empfänger akzeptiert wird.

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5
Q

Welche Eigenschaften bringt Implicit Flow Control mit sich?

A
  • Zur Laufzeit kann der Kommunikationskanal einseitig (unidirectional) sein
  • Error Detection liegt in der Zuständigkeit des Receivers
  • gut geeignet für multicast communication services
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6
Q

Was ist Explicit Flow Control?

A

Der Sender sendet eine Nachricht an den Empfänger und wartet, bis der Empfänger den Empfang dieser Nachricht ausdrücklich bestätigt hat.

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7
Q

Welche Eigenschaften bringt Explicit Flow Control mit sich? (2)

A
  • Sender muss in Sphere of Control des Receivers sein (damit der Receiver die Berechtigung hat den Sender zu verlangsamen)
  • Error Detection liegt in der Zuständigkeit des Senders
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8
Q

Was bedeutet eine nicht bestätigte Nachricht bei Explicit Flow Control? (3)

A
  • Nachricht ist verloren gegangen
  • Receiver ist spät dran
  • Receiver ist ausgefallen
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9
Q

Warum kann Explicit Flow Control zur Überlastung führen?

A

Wenn bei einer hohen Auslastung, eine Nachricht nicht im vorgegebenem Timeout bestätigt wird, dann sendet der Sender die Nachricht wiederholt und erhöht die Nachrichtenrate zum schlecht
möglichsten Zeitpunkt.

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10
Q

Was sind Gründe für eine Überlastung (Thrashing)?

A

• Mechanismen, die mehr Serviceanfragen generieren oder mehr Ressourcen verbrauchen
wenn die Last zunimmt

  • Bsp. Wiederholungsmechanismen im Kommunikationsprotokoll
  • Bsp. Buffer Management
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11
Q

Wie kann Überlastung vermieden werden?

A
  • durch Flow Control

* durch Congestion Control (Engpass-Überwachung)

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12
Q

Welche Message Timing Models gibt es? (3)

A
  • Periodic Messages: Zeitpunkte der Übertragungen sind im Voraus bekannt, kommen in regelmäßigen Abständen
  • Sporadic Messages: der Mindestabstand zwischen zwei Messages ist bekannt (Minimum Interarrival Time), unregelmäßiges Intervall
  • Aperiodic Messages: keine zeitlichen Einschränkungen für die Übertragung sind bekannt
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13
Q

Was sind Periodic Messages?

A
  • es gibt ein festes Zeitintervall zwischen nachfolgenden Instanzen einer Message
  • zeitliche Spezifizierung mittels Periode und Phase auf globaler Zeitbasis
  • Vorteile: begrenzte Latenzzeit und minimaler Jitter, ermöglicht die Abwesenheit jeglicher Nebeneffekte von Message Failures auf andere Nachrichten (Bsp. Babbling Idiot)
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14
Q

Was sind Sporadic Messages?

A

• der Mindestabstand zwischen zwei Messages ist bekannt (Minimum Interarrival Time),
unregelmäßiges Intervall

  • während Minimum Interarrival Time kann keine Nachricht ankommen
  • ermöglicht zeitliche Analysen und zeitliche Garantien
  • gibt begrenzte Nebeneffekte durch Message Failures
  • maximale Interarrival Time kann für Diagnosen verwendet werden
  • Bandbreite wird effizienter genutzt
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15
Q

Was sind Aperiodic Messages?

A

Es sind keine zeitlichen Beschränkungen für Übertragungen bekannt, eine Nachricht kann
jederzeit ankommen.

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16
Q

Was sind Vorteile von Aperiodic Messages? (2)

A
  • hohe Flexibilität

* effiziente Nutzung der Bandbreite

17
Q

Was sind Nachteile von Aperiodic Messages? (3)

A
  • keine zeitlichen Garantien
  • unfähig Crash Failures zu erkennen
  • keine Eingrenzung von zeitlich begrenzten Message Failures
18
Q

Welche Methoden gibt es um Konflikte zwischen periodischen und nicht periodischen
Messages zu lösen? (3)

A
  • Shuffling
  • Timely blocking
  • Preemption
19
Q

Was ist Shuffling?

A
  • verwendet Prioritäten bei Ressourcenanfragen
  • höhere Priorität für periodic Messages
  • periodic Message darf höchstens von einer sporadic Message verzögert werden
  • ist effizient und einfach
20
Q

Was ist Preemption (Vorrecht)?

A

Die Übertragung einer sporadischen Nachricht wird unterbrochen, um eine Anfrage einer periodischen Nachricht zu bearbeiten.

21
Q

Was ist Timely Blocking?

A
  • verwendet Guarding Windows, um Ressourcenkonflikte während eines Zeitintervalls einer periodic Message zu vermeiden
  • garantiert deterministisches Verhalten für die Verbindung für safety-critical Messages
  • Trennung zwischen den Meldungen unterschiedlicher Kritikalität

• die rechtzeitige Blockierung ist ein Ansatz, der die Komplexität der Hardware an
Offline-Planungstools delegiert

• die zeitliche Blockierung ist nur anwendbar, wenn die sicherheitskritischen Nachrichten
a priori bekannte Zeitpläne haben

• kein Jitter, aber ineffizienter

22
Q

Was ist sind Guarding Windows?

A

• setzt sich aus zwei Intervallen zusammen: Clean-up interval, White Slot

• Clean-up Interval: messages die gering kritisch sind dürfen Ressource nicht verwenden,
Dauer ist identisch mit max. Übertragungszeit einer low-critical message

• White Slot: Ressource ist definitiv frei um von sicherheitskritischen Nachrichten verwendet zu werden, eine oder mehr Nachrichten nutzen die Ressource während des White
Slots

23
Q

Was sind Event-Triggered (ET) Protocols?

A
  • Protokollausführung wird durch ein Event an einem beliebigen Zeitpunkt gestartet
  • die maximale Ausführungszeit und der Lesefehler sind groß im Vergleich zur durchschnittlichen Ausführungszeit

• Error Detection liegt in der Verantwortung des Senders, da nur der Sender weiß wann
eine Message gesendet wurde

• eine Antwort an den Absender zu realisieren führt zu einem entsprechenden Traffic in
einer Multicast-Umgebung

• zeitliche Trennung ist nicht vorgesehen

• Explicit Flow Control muss implementiert sein, um den Empfänger vor Information
Overflow zu schützen. Dazu muss der Sender in der Sphere of Control des Empfängers
sein.

24
Q

Was sind Time-Triggered (TT) Protocols?

A

• Protokollausführung wird durch fortschreiten der globalen Zeit gestartet

• vor Start ist der Zeitpunkt bekannt, zudem eine Message an alle Empfänger gesendet
wird

  • maximale Ausführungszeit entspricht ungefähr der mittleren Ausführungszeit → Ergebnis ist ein geringer Lesefehler
  • Error Detection liegt in der Verantwortung des Empfängers, basierend auf dem Vorwissen
  • das Protokoll ist unidirektional → gut geeignet für Multicast Umgebung
25
Q

Für welche Art System sind Time-Triggered Protokolle geeignet?

A

Für kritische Systeme.

26
Q

Für welche Art System sind Event-Triggered Protokolle geeignet?

A

Für nicht kritische Systeme.

27
Q

Wie unterscheiden sich ET und TT Protokolle in peak-load Situationen?

A

Das ET Protokoll generiert viel mehr Traffic als das TT Protokoll.

28
Q

Welche Schwachstellen hat das OSI Modell in einer real-time Umgebung?

A
  • die implizite Annahme, dass der Sender im SOC des Empfängers ist, gilt nicht für RT-Systeme
  • maximale Ausführungszeit und Lesefehler wachsen exponentiell mit der Anzahl der Level
  • der automatische Wiederholungs-Mechanismus in den verschiedene Protokoll Leveln ist eine gute Grundlage für Überlastung

• bietet keine temporale Encapsulation des Subsystems → kein konstruktives Testen
möglich

• Replica Determinism wird nicht unterstützt

29
Q

Wovon ist die maximale Protokoll-Ausführungszeit auf Transportebene abhängig? (6)

A
  • Protocol Stack des Sender (enthält error handling)
  • Message Scheduling Strategy beim Sender
  • Medien Zugriffsprotokoll
  • Übertragungszeit
  • Protocol Stack des Empfängers
  • Task Scheduling beim Empfänger
30
Q

Was ist ein End-to-End Protokoll?

A

Es ist ein Protokoll, das die beabsichtigte Wirkung einer Kommunikation an den vorgesehenen Endpunkten überwacht und kontrolliert. Dadurch kann eine hohe Error Detection Abdeckung erreicht werden.

31
Q

Welche 3 Level Architektur wird für RT Kommunikation diskutiert?

A
  • Fieldbus: verbindet Sensoren mit Nodes (real-time), billig, robust
  • Real-Time Bus: verbindet Nodes mit RT-Cluster, real-time, fault-tolerant
  • Backbone Network: verbindet das Cluster für nicht real-time Aufgaben (z.B. Datenaustausch, Software-Download)
32
Q

Was sind fundamentale Konflikte beim Protokoll-Design? (6)

A
  • Temporal composability vs. demand assignment
  • replica determinism vs. probabilistic access
  • regular data vs. sporaic data
  • temporal accuracy vs. retransmission
  • interface simplicity vs. responsiveness
  • single locus of control vs. fault tolerance

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