Principles of Real-Time Communication Networks Flashcards

1
Q

Wie lauten die Anforderungen an Real-Time Communication Protocols?

A
  • Geringer Jitter
  • Geringe maximale Protokollausführungszeit
  • Support für Multicast Kommunikation
  • Zeitliche Abkapselung der Komponenten
  • Error Erkennung beim Receiver (und 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 Kommunikationspartner, sodass der Absender den Empfänger nicht überholt

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3
Q

Welche Arten von Flow Control kann man unterscheiden?

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 unidirectional sein
  • Error Detection liegt in der Zuständigkeit des Receivers
  • Gut geeignet für Multicast Communication Servers
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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?

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?

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 vorgegebenen 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 Thrashing (Überlastung)?

A
  • Mechanismen, die mehr Serviceanfragen generieren oder mehr Ressourcen verbrauchen wenn die Last zunimmt
  • Beispielsweise Wiederholungsmechanismen im Kommunikationsprotokoll oder Buffer Management
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11
Q

Wie kann Überlastung vermieden werden?

A

Durch flow control oder durch congestion control (Engpass Überwachung)

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12
Q

Was sind Periodic Messages?

A
  • Festes Zeitintervall zwischen nachfolgenden Instanzen einer Message
  • Zeitliche Spezifizierung mittels Periode und Phase auf globaler Zeitbasis
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13
Q

Was sind Vorteile von Periodic Messages?

A
  • 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
  • Mindestabstand zwischen zwei Messages ist bekannt, unregelmäßiges Intervall
  • Während Minimum Interarrival Time kann keine Nachricht ankommen
  • Ermöglicht zeitliche Analysen und zeitliche Garantien
  • Begrenzte Nebeneffekte durch Message Failures
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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 die Vorteile von Aperiodic Messages?

A
  • Hohe Flexibilität
  • Effiziente Nutzung der Bandbreite
17
Q

Was sind die Nachteile von Aperiodic Messages?

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?

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 Timely Blocking?

A

Verwendet Guarding Windows, um Ressourcenkonflikte während eines Zeitintervalls einer periodic message zu vermeiden

21
Q

Was ist Preemption (Vorrecht)?

A

Die Übertragung einer sporadic Message wird unterbrochen, um eine Anfrage einer periodic message zu bearbeiten

22
Q

Was sind die Vorteile von Preemption?

A
  • Effiziente Bandbreitennutzung
  • Kurze Delays
  • Minimum Jitter
23
Q

Was ist der Nachteil von Preemption?

A

Komplexe Protokolle

24
Q

Was sind Guarding Windowns?

A

Setzen sich aus zwei Intervallen (Clean up Intervall und White Slot) zusammen

25
Q

Was passiert während des Clean-up Intervall?

A
  • Messages, die gering kritisch sind dürfen Ressourcen nicht verwenden
  • Dauer ist identisch mit maximaler Übertragungszeit einer low-critical message
26
Q

Was passiert während eines White Slots?

A
  • Ressource ist definitiv frei, um von sicherheitskritischen Nachrichten verwendet zu werden
  • Eine oder mehrere Nachrichten nutzen die Ressource während des White Slots
27
Q

Was sind Event-Triggered (ET) Protocols?

A

Protokollausführung wird durch ein Event an einem beliebigen Zeitpunkt gestartet

28
Q

Was sind Time-Triggered (TT) Protocols?

A

Protokollausführung wird durch Fortschreiten der globalen Zeit gestartet

29
Q

Für welche Art von Systemen sind Time-Triggered Protokolle geeignet?

A

Für kritische Systeme

30
Q

Für welche Art von Systemen sind Event-Triggered Protokolle geeignet?

A

Für nicht kritische Systeme

31
Q

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

A

Das ET Protokoll generiert viel mehr Traffic als das TT Protokoll

32
Q

Welche Schwachstellen hat das OSI Modell in einer Real-Time Umgebung?

A
  • Annahme, dass Sender im SOC des Empfängers ist, gilt nicht für RT-Systeme
  • Maximale Ausführungszeit und Lesefehler wachsen exponentiell mit der Anzahl der Level
  • Automatischer Wiederholungs-Mechanismus bietet Grundlage für Überlastung
  • Keine temporale Encapsulation des Subsystems
  • Keine Unterstützung für Replica Determinism
33
Q

Wovon ist die maximale Protokoll Ausführungszeit auf Transportebene abhängig?

A
  • Protocol Stack des Senders
  • Message Scheduling Strategy beim Sender
  • Medien Zugriffsprotokoll
  • Übertragungszeit
  • Protocol Stack des Empfängers
  • Task Scheduling beim Empfänger
34
Q

Was ist ein End-to-End Protokoll?

A
  • Protokoll, das die beabsichtigte Wirkung einer Kommunikation an den vorgesehenen Endpunkten überwacht und kontrolliert
  • Hohe Error Detection
35
Q

Welche drei Level Architektur wird für RT Kommunikation diskutiert?

A
  • Fieldbus: Verbindet Sensoren mit Nodes, billig, robust
  • Real-Time Bus: Verbindet Nodes mit RT-Cluster, real-time, fault tolerance
  • Backbone Network: Verbindet Cluster für nicht real-time Aufgaben (z.B. Datenaustausch)
36
Q

Was sind fundamentale Konflikte beim Protokoll-Design?

A
  • Temporal composability vs. demand assignment
  • Replica determinism vs. probabilistic access
  • Regular data vs. sporadic data
  • Temporal accuracy vs. retransmission
  • Interface simplicity vs. responsiveness
  • Single focus of control vs. fault tolerance