Objektorientierte Daten- und Zeitmodelle für die Echtzeit ...

1.2. SYSTEMANFORDERUNGEN DURCH DEN ÄUSSEREN PROZESS 5
jedoch keineswegs auf Bildfolgen beschränkt bleiben, sondern auf beliebige Sensordatenfolgen
anwendbar sein. Die interessierenden Applikationen sollen als „dynamische Sensordatenprogramme“
bezeichnet werden. Der Begriff der „Echtzeitfähigkeit“ definiert sich in diesem
Zusammenhang nicht über die Fähigkeit, Bilddaten in Videorate verarbeiten zu können, sondern
vielmehr über die geforderten Systemeigenschaften „kontinuierlich“, „schritthaltend“ und
„rechtzeitig“. Diese Eigenschaften stehen dabei in einem engen Zusammenhang mit der Prozeß-
oder Systemdynamik, d.h. sie werden nicht als absolute Größen definiert, sondern hängen
stark von dem Tempo ab, mit dem sich Veränderungen in der Szene vollziehen. Definieren
lassen sich diese Eigenschaften wie folgt:
Kontinuität: Die hier untersuchten Prozesse und Systeme sind dadurch gekennzeichnet, daß
sie kontinuierlichen Veränderungen unterworfen sind. Daraus folgt zum einen, daß —
entsprechend der Systemdynamik — die Zeiträume zwischen zwei Beobachtungen der
Szene so klein sein müssen, daß wesentliche Änderungen in der Umgebung nicht unentdeckt
bleiben. Zum anderen sollte das System in der Lage sein, trotz seiner diskreten Arbeitsweise
die kontinuierlichen Veränderungen der beobachteten Größen darstellen und
ggf. fehlende Werte interpolieren zu können. Diese Eigenschaft ist insbesondere notwendig,
um die diskreten Daten unterschiedlicher, nicht synchronisierter Sensoren abzugleichen
und so eine gemeinsame Zeitbasis für sie bereitzustellen.
Schritthaltende Datenverarbeitung – Wiederholungszeit: Im Gegensatz zur Offline-Analyse
steht nicht beliebig viel Rechenzeit zur Verfügung. Dies bedeutet, daß die verwendeten
Algorithmen so schnell sein müssen, daß sie mit der erforderlichen Verarbeitungs- oder
Aufnahmerate Schritt halten können. Wie hoch diese Rate ist, hängt in erster Linie von
der Systemdynamik und den verwendeten Algorithmen ab. Sollen beispielsweise bestimmte
Bildmerkmale in einer Bildfolge verfolgt werden, ist es für die Korrespondenzsuche
wichtig, daß sich die Merkmale von Bild zu Bild nicht zu stark bewegen oder aufgrund
einer verschobenen Perspektive verändern. Die Zeit, die maximal zwischen zwei
Aufnahmen toleriert werden kann, hängt dabei stark von den Geschwindigkeiten ab, mit
denen sich die entsprechenden Szenenobjekte oder die Kamera in der Szene bewegen.
Rechtzeitigkeit – Reaktionszeit: Ein weiteres Merkmal bezüglich der Rechenzeit der Algorithmen
ergibt sich aus der Forderung an das System, auf Zustandsänderungen der Umgebung
schnell genug, d.h. „rechtzeitig“ — wiederum entsprechend der Systemdynamik
— mit einer geeigneten Aktion reagieren zu können. Im Gegensatz zur Wiederholungszeit
ist dies nicht unbedingt die Zykluszeit, also die Zeit zwischen zwei Aufnahmen bzw.
Messungen, sondern die Zeitspanne zwischen einer Aufnahme und der auf ihr basierenden
Aktion. Insbesondere in Mehrprozessormaschinen kann die Reaktionszeit deutlich
über der Wiederholungszeit liegen.
Für die Echtzeitfähigkeit einer Anwendung sind alle drei Punkte gleichermaßen von Bedeutung.
Mit welcher Sicherheit die jeweiligen Reaktions- oder Wiederholzeiten eingehalten
werden müssen, hängt von der Anwendung ab. Falls auch nur eine dieser Zeiten in einem Programmzweig
unbedingt eingehalten werden muß, handelt es sich um ein System mit harten
Zeitrestriktionen, was ein Echtzeitbetriebssystem erfordert. Für viele Anwendungen reicht es
jedoch aus, die Zeitforderungen mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit einzuhalten. Ebenfalls
möglich ist, daß für einzelne Teilaufgaben (z.B. die Roboteransteuerung) harte Zeitrestriktionen
bestehen und durch ein Subsystem garantiert werden, während für andere Programmzweige