Dynamische Adaption in heterogenen verteilten eingebetteten ...

1.1 Motivation
Die Einsatzmöglichkeiten eines Mikrocontrollers werden dadurch erweitert. So muss beispielsweise
für Anwendungen, die verschiedene Phasen durchlaufen, nicht mehr der gesamte Code auf dem
Mikrocontroller Platz finden. Beim Eintritt in eine neue Phase können die Teile der Anwendung, die
nicht mehr benötigt werden, durch andere Teile ersetzt werden, welche für die neue Phase benötigt
werden. Zum Beispiel kann nach dem Starten des Systems der Code zum Identifizieren und Initialisieren
der Peripheriegeräte entfernt und durch Code zur adaptiven Anpassung der Messzyklen ersetzt werden.
Sind die optimalen Messzyklen bestimmt, so kann dieser Code wiederum durch Code zur Auswertung,
Komprimierung oder Aggregation der Daten ersetzt werden.
Dieses Vorgehen ist, von der Wirkungsweise, mit der Überlagerungstechnik (siehe Abschnitt 2.1.3)
vergleichbar. Der Code wird hier allerdings erst durch den Verwalter in das System eingebracht und
belegt vorher keinen Speicherplatz auf dem Gerät. Mit der Unterstützung durch den Verwalter kann
die Anwendung somit umfangreicher sein als eine Anwendung, die komplett auf dem Mikrocontroller
installiert wird. Als Konsequenz daraus kann man in manchen Szenarios einen kleineren und
kostengünstigeren Mikrocontroller einsetzen.
Außer der Umkonfiguration kann der Verwalter auch als Dienstleister auftreten und Funktionen für
den verwalteten Knoten übernehmen. So kann man die Auswertung der gesammelten Daten zeitweise
vom Verwalter durchführen lassen, wenn die dafür benötigten Ressourcen auf dem Mikrocontroller zum
Beispiel für eine erneute Adaption der Messzyklen benötigt werden. Ist die Adaption abgeschlossen,
so wird die Auswertung wieder vom Mikrocontroller übernommen. Der Verwalter erlaubt es somit
zeitweise Ressourcenengpässe zu überbrücken, indem er einem verwalteten Knoten seine Ressourcen
zur Verfügung stellt. Die Auslagerung von Diensten kann natürlich auch dauerhaft erfolgen. Dabei
ist jedoch zu beachten, dass bei der Dienstnutzung Kommunikationskosten anfallen, die sich auf die
Laufzeit und den Energiebedarf des verwalteten Knotens auswirken.
1.1.7 Uniforme Programmier- und Laufzeitumgebung
Ein Werkzeug, welches es ermöglicht mehr Dienste auf einem Mikrocontroller anzubieten als es die
Ressourcen eigentlich erlauben würden, ermöglicht es eine Laufzeitumgebung zu verwenden, die
generische Dienste anbietet, auch wenn sie von der Anwendung nicht benötigt werden. Konzeptionell
sind die Dienste verfügbar, sie werden jedoch nur dann dynamisch installiert, wenn sie auch tatsächlich
genutzt werden. Dieses Vorgehen erlaubt die Verwendung von Laufzeitumgebungen, die für den Einsatz
auf diesem Mikrocontroller durch ihren Ressourcenbedarf normalerweise ungeeignet sind.
Durch dieses Vorgehen kann man ein heterogenes Mikrocontrollernetzwerk homogenisieren, indem
man auf allen Knoten des Netzwerks eine einheitliche uniforme Laufzeitumgebung einsetzt. Zur
Homogenisierung der heterogenen Architekturen können Abstraktionsschichten beispielsweise in Form
von virtuellen Maschinen eingesetzt werden. Hierbei wird das Programm für eine einheitlich virtuelle
Architektur entwickelt. Zur Ausführung muss eine Ausführungsumgebung, die als virtuelle Maschine
bezeichnet wird, auf der Zielplattform vorhanden sein, die das Programm umsetzt. Alternativ kann
das Programm durch einen speziellen Compiler in ein hardwarespezifisches Programm umgewandelt
werden. Zusätzlich ist dann jedoch eine meist umfangreiche Bibliothek nötig, welche die nötigen
Funktionen der Laufzeitunterstützung bereitstellt.
Die bekanntesten Vertreter von Laufzeitumgebungen basierend auf virtuellen Maschinen sind Java
und die .NET-Umgebung. Der Nachteil dieser Systeme liegt jedoch darin, dass das Laufzeitsystem
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