Dynamische Adaption in heterogenen verteilten eingebetteten ...

1.1 Motivation
1.1.3 Laufzeitsysteme für Mikrocontroller
Da die Ressourcen in einem eingebetteten System immer sehr knapp bemessen sind, ist die effiziente
Ressourcennutzung ein besonderes Ziel bei der Softwareentwicklung für solche Systeme. Mehr
als bei allgemeinen Computersystemen muss hier der Ressourcenverbrauch von jeder zusätzlichen
Funktion bewertet und abgewogen werden. Daher ist die Software für eingebettete Systeme immer
Spezialsoftware, die genau für die vorhergesehene Aufgabe ausgelegt ist.
Bei der Entwicklung von Anwendungen für normale PCs steht ein Betriebssystem zur Verfügung,
welches die Verwaltung der Ressourcen regelt und den Zugriff darauf abstrahiert. Bei der Softwareentwicklung
für eingebettete Systeme ist die Trennung zwischen Betriebssystem und Anwendungsprogramm
weniger stark ausgeprägt. Dies liegt hauptsächlich daran, dass durch die Aufweichung der
Trennung Ressourcen eingespart werden können, aber auch weil die Betriebssystemschicht häufig im
Rahmen der Anwendung mitentwickelt wird. Ein Vorteil dabei ist, dass eine Betriebssystemschicht
entsteht, die genau auf die Bedürfnisse der Anwendung zugeschnitten ist und so nur Dienste anbietet,
die auch wirklich benötigt werden.
In manchen Bereichen werden auch generische Betriebssysteme eingesetzt. Ein Beispiel hierfür
ist OSEK [OSE05], eine Betriebssystemspezifikation für Mikrocontroller im Automobilbereich. Sie
definiert eine Vielzahl von Konzepten, Diensten und Abstraktionen wie zum Beispiel ein Aktivitätsträgerkonzept
inklusive Scheduler oder ein Konzept zur Koordinierung der einzelnen Aktivitätsträger. Um
die Laufzeitumgebung auf die Anwendung anzupassen, werden im Rahmen der Spezifikation bereits
verschiedene Konfigurationen definiert. Eine OSEK-Implementierung kann darüber hinaus noch feiner
konfigurierbar sein und wird vor dem Einsatz (in einem Konfigurationsprozess) auf die Anwendung
zugeschnitten. Durch eine Vielzahl von Auswahlmöglichkeiten wird festgelegt, welche Dienste und
Funktionen für die endgültige Software angeboten werden. Hierdurch kommt man ebenfalls zu einer
ressourcensparenden angepassten Systemschicht.
Zusammenfassend ist festzuhalten, dass Betriebssysteme oder allgemeiner Laufzeitsysteme für
eingebettete Systeme meistens genau auf die Bedürfnisse der Anwendung abgestimmt sind, da zu viel
Funktionalität nur zusätzliche Ressourcen benötigt.
1.1.4 Anforderungen im Wandel
Durch eine exakte Anpassung der Systemschicht an die Anwendung können die vorhandenen Ressourcen
zwar optimal ausgenutzt werden, allerdings nimmt dadurch die Flexibilität gegenüber dynamischen
Veränderungen des Systems oder der zu erfüllenden Aufgabe ab. Die Wahrscheinlichkeit, dass sich die
Aufgabe und die gewünschten Funktionen eines Knotens im Laufe des Einsatzes verändern, steigt mit
zunehmender Einsatzdauer.
Beispiele hierfür finden sich im Bereich der Sensornetzwerke. Obwohl zu Beginn des Einsatzes eines
Sensornetzes zur Datenerfassung festgelegt wird, welche Daten man erfassen möchte, wird in Berichten
von realen Einsatzszenarios [SPMC04, JOW + 02] immer wieder festgestellt, dass die Anwendung,
welche die Messungen durchführt, nach kurzer Zeit verändert werden musste, um besser verwertbare
Daten zu erhalten. Dies ist zum einen darauf zurückzuführen, dass es sich um Forschungsarbeiten und
Spezialanwendungen handelte, sodass kaum Erfahrungswerte vorliegen, aber auch darauf, dass erst
nachdem die ersten Messwerte ausgewertet wurden, festgestellt werden kann, ob durch das gewählte
Verfahren überhaupt die gewünschten Daten erfasst werden.
Ein ähnliches Beispiel ist einer Pressemeldung der NASA, über Softwareupdates der Marsrover
Spirit und Opportunity, zu entnehmen [MER06]. Die Marsrover übermitteln Bildmaterial zur Erde. Da
die Übertragungskapazität jedoch begrenzt ist, können nicht alle aufgenommenen Bilder übertragen
3