3.5 Kommunikation
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Bereich von -20 bis +180 °C. Spannungspegel und Taktfrequenzen können von
solch hohen Temperaturschwankungen beeinflusst werden. Trotzdem muss eine
verlässliche Kommunikation gewährleistet werden.
• Sicherheit: Entsprechend der bisher beschriebenen Anforderungen (siehe Seite 9) ist klar, dass CPS-Systeme betriebssicher und informationssicher sein müssen. Die Informationssicherheit beinhaltet auch die Vertraulichkeit. Um sicherzustellen, dass private und vertrauliche Informationen geheim bleiben, kann es
notwendig sein, bei der Kommunikation Verschlüsselungstechniken einzusetzen.
Die Betriebssicherheit enthält die nachfolgend beschriebenen Aspekte der Fehlertoleranz, Diagnosefähigkeit und Wartbarkeit.
• Fehlertoleranz: Trotz aller Bemühungen, eine robuste Kommunikation zu erreichen, können Fehler auftreten. Cyber-physikalische Systeme sollten auch nach
einem solchen Fehler funktionsfähig bleiben. Neustarts, wie sie bei PCs vorkommen, sind inakzeptabel. Wenn eine Kommunikation also fehlgeschlagen ist, sind
Wiederholungsversuche notwendig. Hier entsteht ein Konflikt mit der ersten Anforderung: wenn man mehrere Kommunikationsversuche zulässt, ist es schwierig,
das Echtzeitverhalten zu garantieren.
• Diagnosefähigkeit, Wartbarkeit: Cyber-physikalische Systeme müssen in einer
annehmbar kurzen Zeit repariert werden können.
Diese Anforderungen an die Kommunikation sind eine direkte Folge der allgemeinen Eigenschaften eingebetteter und cyber-physikalischer Systeme, die in Kapitel 1
gezeigt wurden. Wegen der Konflikte zwischen einigen der Anforderungen müssen
in der Praxis Kompromisse eingegangen werden. Beispielsweise kann es unterschiedliche Kommunikationsmodi geben: einen Modus mit hoher Bandbreite, der
Echtzeitverhalten garantiert, aber keine Fehlertoleranz bietet (diese Übertragungsart
wäre etwa geeignet für Multimediadaten), und einen fehlertoleranten Modus mit
geringerer Bandbreite, der z.B. für kurze Nachrichten verwendet wird, die nicht
verlorengehen dürfen.
3.5.2 Elektrische Robustheit
Es gibt einige grundlegende Techniken, um elektrische Robustheit zu erreichen.
Digitale Kommunikation innerhalb eines Chips findet häufig mit asymmetrischen
Signalen statt (engl. asymmetric oder single-ended signaling). Dabei werden die
Signale über eine einzige Leitung geschickt (siehe Abb. 3.47).
Solche Signale werden durch eine Spannung gegenüber einer einheitlichen Masse dargestellt, seltener durch unterschiedliche Ströme. Eine einzige Masseleitung ist
ausreichend für eine größere Anzahl solcher Signale. Asymmetrische Signale sind
allerdings sehr anfällig für externe Störeinflüsse. Wenn solche Störungen, die z.B.
durch einen anlaufenden Motor verursacht werden können, die Spannung beeinflussen, können Nachrichten verfälscht werden. Es ist auch schwierig, einen genau
definierten Massepegel zwischen verschiedenen kommunizierenden Einheiten be-
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Bereich von -20 bis +180 °C. Spannungspegel und Taktfrequenzen können von
solch hohen Temperaturschwankungen beeinflusst werden. Trotzdem muss eine
verlässliche Kommunikation gewährleistet werden.
• Sicherheit: Entsprechend der bisher beschriebenen Anforderungen (siehe Seite 9) ist klar, dass CPS-Systeme betriebssicher und informationssicher sein müssen. Die Informationssicherheit beinhaltet auch die Vertraulichkeit. Um sicherzustellen, dass private und vertrauliche Informationen geheim bleiben, kann es
notwendig sein, bei der Kommunikation Verschlüsselungstechniken einzusetzen.
Die Betriebssicherheit enthält die nachfolgend beschriebenen Aspekte der Fehlertoleranz, Diagnosefähigkeit und Wartbarkeit.
• Fehlertoleranz: Trotz aller Bemühungen, eine robuste Kommunikation zu erreichen, können Fehler auftreten. Cyber-physikalische Systeme sollten auch nach
einem solchen Fehler funktionsfähig bleiben. Neustarts, wie sie bei PCs vorkommen, sind inakzeptabel. Wenn eine Kommunikation also fehlgeschlagen ist, sind
Wiederholungsversuche notwendig. Hier entsteht ein Konflikt mit der ersten Anforderung: wenn man mehrere Kommunikationsversuche zulässt, ist es schwierig,
das Echtzeitverhalten zu garantieren.
• Diagnosefähigkeit, Wartbarkeit: Cyber-physikalische Systeme müssen in einer
annehmbar kurzen Zeit repariert werden können.
Diese Anforderungen an die Kommunikation sind eine direkte Folge der allgemeinen Eigenschaften eingebetteter und cyber-physikalischer Systeme, die in Kapitel 1
gezeigt wurden. Wegen der Konflikte zwischen einigen der Anforderungen müssen
in der Praxis Kompromisse eingegangen werden. Beispielsweise kann es unterschiedliche Kommunikationsmodi geben: einen Modus mit hoher Bandbreite, der
Echtzeitverhalten garantiert, aber keine Fehlertoleranz bietet (diese Übertragungsart
wäre etwa geeignet für Multimediadaten), und einen fehlertoleranten Modus mit
geringerer Bandbreite, der z.B. für kurze Nachrichten verwendet wird, die nicht
verlorengehen dürfen.
3.5.2 Elektrische Robustheit
Es gibt einige grundlegende Techniken, um elektrische Robustheit zu erreichen.
Digitale Kommunikation innerhalb eines Chips findet häufig mit asymmetrischen
Signalen statt (engl. asymmetric oder single-ended signaling). Dabei werden die
Signale über eine einzige Leitung geschickt (siehe Abb. 3.47).
Solche Signale werden durch eine Spannung gegenüber einer einheitlichen Masse dargestellt, seltener durch unterschiedliche Ströme. Eine einzige Masseleitung ist
ausreichend für eine größere Anzahl solcher Signale. Asymmetrische Signale sind
allerdings sehr anfällig für externe Störeinflüsse. Wenn solche Störungen, die z.B.
durch einen anlaufenden Motor verursacht werden können, die Spannung beeinflussen, können Nachrichten verfälscht werden. Es ist auch schwierig, einen genau
definierten Massepegel zwischen verschiedenen kommunizierenden Einheiten be-