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Software ubiquitärer SystemeFazit

Olaf SpinczykArbeitsgruppe Eingebettete Systemsoftware

Lehrstuhl für Informatik 12TU Dortmund Olaf.Spinczyk@tu-dortmund.dehttp://ess.cs.uni-dortmund.de/~os/

http://ess.cs.tu-dortmund.de/DE/Teaching/SS2011/SuS/

07.1 – Fazit 22

Inhalt● Highlights

● Querschnittsthemen

● Fazit

07.1 – Fazit 33

Beginn 1996 geschätzt auf 2005-2020Beginn 1996 geschätzt auf 2005-2020

Highlight: Die Vision

„Ubiquitous Computing enhances computer use by making many computers available throughout the physical environment, while making them effectively invisible to the user.

Mark Weiser, 1993 [1] Quelle: Xerox PARC

Phase I:Mainframe Era

Phase II:PC Era

Übergang:Internet Era

Phase III:UC Era

07.1 – Fazit 44

Highlight: Es funktioniert – bereits heute● … in abgeschlossenen Umgebungen

wie Kraftfahrzeugen:● Kostengünstige, robuste Microcontroller

● Statisch konfigurierbare Betriebssysteme

● Middleware mit minimalem Overhead

- Lose Kopplung der Systemkomponenten

- Klar definierte Schnittstellen auf niedriger Abstraktionsebene

- Kontext-Überwachung und Kontext-gewahre Komponenten

- Netzwerkweites Energiemanagement

● Komplexe verteilte Fahrzeugfunktionen

Quelle: Der neue Maybach, ATZ/MTZ SonderheftSeptember 2002, Seite 125

Der Prototyp für die ubiquitären Systeme von morgen?Der Prototyp für die ubiquitären Systeme von morgen?

07.1 – Fazit 55

Highlight: Der Gegensatz(„Device Profile for Web Services“)

● Verfolgt zusätzlich folgende Ziele:

● Nutzung von Web Service-Technologien- Services werden mittels WSDL beschrieben

● Integration von ubiquitären Geräten in Geschäftsprozesse● Erhöhte Sicherheit

● DPWS wurde von Microsoft vorgeschlagen (2004)

● und in Windows Vista und Windows Embedded implementiert

Spannungsfeld: Interoperabilität und Flexibilität vs. KostenSpannungsfeld: Interoperabilität und Flexibilität vs. Kosten

07.1 – Fazit 66

Highlight: Programmiermodelle● Kontext-gewahres

Programmieren

● Deklaratives Programmieren

● Aspektorientiertes undMerkmalorientiertesProgrammieren

● Generisches Programmieren● Modellgetriebenes

Programmieren

Sensor NetworkSensor Network

TinyDBQuery, Trigger

Data

AppSELECT nodeid FROM sensors WHERE mag > threshEPOCH DURATION 64ms

CCiiAOAO

07.1 – Fazit 77

Inhalt● Highlights

● Querschnittsthemen

● Fazit

07.1 – Fazit 88

Überblick: Kapitel

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEK/AUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEK/COMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einführung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

07.1 – Fazit 99

Überblick: Querschnittsthemen

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEK/AUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEK/COMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einführung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

Ressourcenverbrauch:Speicher, Energie

SicherheitKontext

GPSGPS

Indoor-Indoor-Lokali-Lokali-sierungsierung

Adap-Adap-tierungtierung

MPUMPU

VirtuelleVirtuelleMaschi-Maschi-nennen

Krypto-Krypto-graphiegraphie

... auf der Suche nach Gemeinsamkeitenund Konstruktionsprinzipien

Cooperative I/OCooperative I/O

ProduktlinienProduktlinien

Thumb-Instr.Thumb-Instr.

AOP, FOPAOP, FOP

Low-PowerLow-PowerSleep ModesSleep Modes

StatischeStatischeAnalyseAnalyse

07.1 – Fazit 1010

Thema: Sicherheit● In hohem Maße kritisch bei ubiquitären Systemen

● Security: Private Daten sollten z. B. nicht in falsche Hände geraten- Ubiquitäre Systeme/Anwendungen basieren häufig auf Lokalisierung

- z.B. Mobilfunk!

● Safety: Fehlfunktionen im KFZ können z.B. Leben kosten

● Problem: Bei einfachen/ressourcensparenden Systemen häufig nicht gegeben, z.B. …● unverschlüsselte Kommunikation im KFZ● unverschlüsselte Kommunikation im Hausgerätenetz● Microcontroller implementieren meist keinen Speicherschutz

- Fehler werden nicht genügend isoliert

● Lösungen:● Technologie prinzipiell vorhanden● Bewusstsein (noch) nicht (überall)

07.1 – Fazit 1111

Thema: KontextUnterschiedlicher Einfluss auf die verschiedenen Ebenen

● Anwendungen: reagieren auf Kontextänderungen● Publish/Subscribe-Modelle, Ereignisgesteuerte Programme● Spezielle Programmiermodelle,

z.B. „Context-Oriented Programming“ [2]

● Middleware: Netzwerkweite Verfügbarkeit von Kontext● Verwendung von Ontologien● Beachtung der Lokalität zwecks Skalierbarkeit

● Datenhaltung/Betriebssystem● Dynamische Anpassbarkeit: Treiber, Protokolle, Verschlüsselung

- Ressourcen sparen

● Zugriffsfunktionen auf lokalen Kontext

● Hardware: Notwendige Sensorik

07.1 – Fazit 1212

Thema: Speicherplatz sparen● Ähnliche Ansätze auf allen Ebenen

● Statische anwendungsgetriebene Konfigurierung● Dynamische Rekonfigurierung● Expliziter Umgang mit Variabilität: Produktlinien● Entwurfs- und Programmiertechniken zur Modularisierung

- Gewöhnliche Belange: OOP, Komponentenmodelle, ...

- Querschneidende Belange: AOP, FOP

● Problem: Ebenenübergreifende Optimierung● Wie wirkt sich eine Konfigurationsentscheidung auf den

Speicherplatzverbrauch anderer Ebenen aus?● Speicherplatzverbrauchsmodelle existieren nicht.

● Lösungen: Aktuelle Forschung● z.B. Feedback-Ansatz [1]

07.1 – Fazit 1313

Thema: Energie sparen● Unterschiedliche Verfahren auf allen Ebenen, z.B. ...

● Betriebssystem: Schlafmodus-Steuerung● Middleware: Sandman Cluster Head Knoten● Datenhaltung: Batterieabhängige Anfragefrequenz

● Problem: fehlende Energiemodelle● typischerweise nicht einmal für die Hardwareebene vorhanden

- dementsprechend auch nicht für Betriebssystem, Middleware undDatenhaltung

● keine Grundlage für generische energiegewahre Algorithmen- existierende Ansätze sind Speziallösungen (z.B. TinyDB/TinyOS)

● Variabilität und Komplexität der Schichten erschweren das Problem● Trade-offs bzgl. anderer Ressourcen sind zu berücksichtigen

● Lösungen: unbekannt

07.1 – Fazit 1414

Inhalt● Highlights

● Querschnittsthemen

● Fazit

07.1 – Fazit 1515

Fazit: Viele Fragen● Rechner werden die Umwelt immer weiter durchdringen

● Aber wird Weisers Vision wahr?● Soll sie wahr werden?

● Diverse Forscher und Firmen arbeiten daran● Wie wird die ubiquitäre Hardware aussehen?● Wird die Frage der Sicherheit gelöst?● Werden ubiquitäre Systeme billig genug sein?

● Es gibt viele Forschungsthemen, u. a. interessiert uns ...● Ressourcenschonende Mechanismen für statische und dynamische

Konfigurierung● Komposition von Produktlinien● Programmiertechniken● Schichtübergreifendes Ressourcenmanagement

- Modellierung von Ressourcen unter Berücksichtigung von Variabilität

- Reflektionsmechanismen

07.1 – Fazit 1616

Literatur[1] J. Sincero, O. Spinczyk, and W. Schröder-Preikschat, On the

Configuration of Non-Functional Properties in Software Product Lines, In J. Lee, I. John, T. Aoki, and J. D. Mcgregor (eds.) Proceedings of the 11th International Software Product Line Conference, The Second Volume (SPLC 2007), pages 167-173, isbn 978-4-7649-0342-5, Kyoto, Japan, 2007.

[2] M. Appeltauer, R. Hirschfeld, and T. Rho. Dedicated Programming Support for Context-aware Ubiquitous Applications. In UBICOMM 2008: Proceedings of the 2nd International Conference on Mobile Ubiquitous Computing, Systems, Services and Technologies, pages 38--43, Washington, DC, USA, 2008. IEEE Computer Society Press.