Dynamische Adaption in heterogenen verteilten eingebetteten ...

5 Kontroll- und Verwaltungsschicht
Anforderung
senden
Änderungen
vorbereiten
Kommandos
übertragen
Code
installieren
Funktionsaufruf
ATmega 169 2,0 ms 20,5 ms 333,6 ms 19,5 ms 0,002 ms
H8/300 2,0 ms 10,4 ms 243,3 ms 0,2 ms 0,008 ms
Tabelle 5.1: Zeitverbrauch bei einer bedarfsgesteuerten Installation
Die Tabelle zeigt Zeiten für die Installation einer kleinen Funktion auf einem ATmega169 (AVR Butterfly) und auf einem
H8/300 (Lego RCX). Die Geräte sind jeweils über eine serielle Verbindung mit 19200 Baud an den Verwalter angebunden.
Die erste Spalte ist der Zeitbedarf zum Versenden des 4 Byte großen Anforderungspakets. Anschließend wartet das
Gerät bis Kommandos eintreffen. Diese Zeit ist in der zweiten Spalte dargestellt und entspricht der Verarbeitung des Auftrags
und der Vorbereitung der Änderungen am Verwalter. Dabei wird festgelegt, was installiert werden muss, wohin es
installiert werden soll und welche Verweise anzupassen sind. Diese Zeit hängt hauptsächlich von der Leistungsfähigkeit
des Verwalters ab. Die Messungen wurden auf einem Linuxsystem mit 2 GHz Pentium M durchgeführt. Im Beispiel muss
eine Funktion und ein Datenmodul installiert und ein Verweis von der aufrufenden Funktion angepasst werden. In den
nächsten beiden Spalten ist die Zeit dargestellt, die benötigt wird, um die Änderungen durchzuführen. Dabei sind die
Zeiten für das Übertragen und das Anwenden der Änderungen getrennt dargestellt ist. Zum Vergleich enthält die letzte
Spalte die Zeit für einen normalen Funktionsaufruf.
Wie leicht zu erkennen ist, benötigt das Installieren einer Funktion ein Vielfaches der Zeit eines gewöhnlichen Funktionsaufrufs.
Betrachtet man die Zeit genauer, so nimmt die Übertragung mit Abstand die meiste Zeit in Anspruch.
Die anderen Operationen benötigen beim AVR-Mikrocontroller etwas mehr Zeit als beim H8/300. Dies liegt daran,
dass hier zwei Adressräume (Programm- und Datenspeicher) verwaltet werden und dass der Code schließlich in den
Flashspeicher geschrieben werden muss.
Die Kommunikationsdauer wird durch verschiedene Parameter beeinflusst. Zunächst sind die Eigenschaften
der Kommunikationshardware zu nennen: Übertragungsrate und Latenz. Da diese Parameter
jedoch nicht im Einflussbereich des Verwalters liegen, sind stattdessen die Menge der zu übertragenden
Daten und die Anzahl der Kommunikationsvorgänge für uns relevant. Im Allgemeinen gilt, je mehr
und je öfter Daten übertragen werden, desto teurer ist die Operation.
Neben der benötigten Zeit ist auch zu beachten, dass Kommunikation im Allgemeinen relativ viel
Energie verbraucht 2 . Das spielt besonders bei kleinen batteriebetriebenen Geräten eine Rolle. Neben
der Möglichkeit die Kommunikationshardware abzuschalten, wenn sie nicht benötigt wird, gilt auch
hier der Grundsatz, dass je weniger Daten zu übertragen sind, desto weniger Energie aufgewendet
werden muss.
5.1.1.1 Kostenbeinflussende Faktoren bei dynamischer Umkonfiguration
Die Anzahl der Übertragungen bei einer dynamischen Veränderung der Konfiguration kann man durch
die Wahl des Kommunikationsprotokolls beeinflussen. Im letzten Kapitel wurde die Schnittstelle zum
Zugriff auf den verwalteten Knoten vorgestellt. Das dabei vorgestellte Protokoll überträgt einzelne
Veränderungen. Um die Anzahl der Kommunikationsvorgänge zu reduzieren, kann man, anstatt alle
Änderungen einzeln zu übertragen, ein Protokoll einsetzen, das alle Veränderungen in einer Nachricht
kombiniert. Dazu ist vorgesehen, eine Umkonfiguration zunächst nur auf dem Speicherabbild
am Verwalter durchzuführen. Anschließend können die Veränderungen durch einen Vergleich des
Speicherabbildes vor und nach der Umkonfiguration bestimmt werden. Die Unterschiede können
2 In [SHC + 04] wurde die Stromaufnahme eines Sensorknotens vom Typ Mica2 vermessen und einzelnen Komponenten
zugeordnet. Die Mica2 Knoten werden mit 3 V aus 2 Batterien (ca. 2200 mAh) versorgt und besitzen einen CC1000
Funkchip, der Daten mit bis zu 38400 kbps versenden und empfangen kann. Der Stromverbrauch zum Empfangen ist mit
7,03 mA bestimmt worden, der Stromverbrauch zum Senden liegt zwischen 3,72 mA (bei -20 dBm) bis 21,48 mA (bei
+10 dBm) je nach eingestellter Übertragungsleistung. Im Vergleich dazu benötigt die CPU unter Last 8,0 mA und 3,2 mA
im Ruhezustand.
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