Dynamische Adaption in heterogenen verteilten eingebetteten ...

1 Einleitung
relativ groß ist, da sie für den Einsatz auf Bürocomputern entwickelt wurden 1 . Die Größe begründet
sich hauptsächlich in den umfangreichen Möglichkeiten und Diensten, die eine solche Umgebung
bereitstellt.
Für den Bereich der eingebetteten Systeme wurden spezielle Versionen dieser Laufzeitumgebungen
entwickelt, beispielsweise die Java Micro Edition (J2ME) [Whi01] oder das .NET Compact
Framework [Nea02] beziehungsweise das .NET Micro Framework [TM07]. Diese Versionen haben
zwar einen deutlich geringeren Ressourcenbedarf 2 , sind jedoch in ihrer Funktionalität und Flexibilität
eingeschränkt und entsprechen somit nicht mehr den ursprünglichen Versionen.
Durch den Einsatz von Verwaltern wird es möglich, den vollständigen Funktionsumfang auch auf
kleinen Mikrocontrollern anzubieten. Dadurch kann die Entwicklung von Anwendungen einfacher
und effizienter erfolgen, da die Programmierung von kleinen Knoten mit denselben Werkzeugen
und unter ähnlichen Bedingungen erfolgen kann wie die Programmierung der großen Knoten. Um
sinnvolle Ergebnisse zu erhalten, müssen allerdings trotzdem die Fähigkeiten und Ressourcen der
einzelnen Knoten berücksichtigt werden. Denn selbst wenn konzeptionell auf jedem Knoten alle
Dienste angeboten werden, so ist zu bedenken, dass die Hilfestellung durch einen Verwalter zusätzliche
Kosten verursacht, die sich beispielsweise in einer verlängerten Laufzeit niederschlagen.
1.2 Zielsetzung der Arbeit
Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung einer Infrastruktur zur Unterstützung ressourcenschwacher
Knoten in einem Netzwerk aus Mikrocontrollern. Ein kleiner Knoten wird dabei durch einen leistungsstärkeren
Knoten unterstützt und verwaltet. Eine Aufgabe des Verwalters ist dabei die dynamische
Anpassung der Software des verwalteten Knotens an sich ändernde Bedürfnisse. Dadurch könnte die
Software auf den kleinen Knoten immer genau auf die jeweilige Situation angepasst werden, ohne den
Ressourcenverbrauch pauschal zu erhöhen.
Zusätzlich soll der Verwalterknoten seine Ressourcen dem verwalteten Knoten in Form von Diensten
zur Verfügung stellen können. Abstrakt betrachtet können so die Fähigkeiten des kleinen, verwalteten
Knotens, über seine eigentliche Leistungsfähigkeit hinaus erweitert werden.
Zur Realisierung dieser Ziele sollen zwei Mechanismen realisiert werden:
• Ein Fernwartungssystem, womit Programmteile in einem kleinen Knoten ausgetauscht und
verändert werden können und
• ein Fernaufrufsystem, um die Ressourcen des kleinen Knotens virtuell zu erweitern.
Diese, von der Infrastruktur angebotenen, Unterstützungsmöglichkeiten müssen dabei universell
einsetzbar und unabhängig von der verwendeten Software sein. Das heißt, die Mechanismen sollen
1 Eine einfache “Hello world”-Anwendung in einer JVM, welche durch einen Linux-Prozess ausgeführt wird, belegt
zwischen 150 und 200 MB virtuellen Speicher. Auch wenn der Speicher oft nur aus Performancegründen in dieser
Höhe angefordert wird, zeigen diese Zahlen dennoch, dass die Desktop-Variante der Java-Umgebung für den Einsatz in
eingebetteten Systemen ungeeignet ist.
2 Während das .NET Compact Framework eine Windows CE Plattform mit mindestens 12 MB RAM benötigt, wird für
die kleinste spezifizierte .NET Umgebung, das .NET Micro Framework, als Mindestvoraussetzungen ein 32-bit-ARM-
Microcontroller mit mindestens 256 KB RAM und 512 KB Flashspeicher angegeben. Für reale Anwendungen werden
allerdings mindestens 300 MB RAM und etwa 1 MB Flashspeicher empfohlen [TM07].
Die J2ME in ihrer kleinsten Konfiguration, CLDC, ist für Geräte mit 16- oder 32-bit-Microcontroller, 192 KB RAM
und mindestens 160 KB Flashspeicher spezifiziert. Auch hier wird für reale Anwendungen üblicherweise mehr Speicher
benötigt, außerdem ist, im Gegensatz zum .NET Micro Framework, ein Betriebssystem erforderlich.
6