Ende-zu-Ende-Architekturen

Auslagerung der Fahrzeugfunktionen in die Cloud zur Verbreitung der Architekturen von Automobilsystemen über das Fahrzeug

Ende-zu-Ende Architekturen

Off-Loading safety-kritischer Funktionen durch sichere Ende-zu-Ende-Architekturen

Auslagerung von Rechenleistung aus den Geräten in die Edge/Fog und Cloud führt zur Senkung von Hardwarekosten und zur Steigerung der Flexibilität und Wartbarkeit. Sogenannte „Ende-zu-Ende-Architekturen“ (E2E-Architekturen) sind im Automobilbereich von großer Bedeutung, damit Cloud-Services genutzt oder perspektivisch auch Fahrzeugfunktionen in die Cloud ausgelagert werden können und Architekturen von Automobilsystemen nicht mehr nur auf das Fahrzeug beschränkt sind. Eine weitere Anwendung sind E2E-Architekturen in der Industrieautomatisierung, womit flexiblere serviceorientierte Ansätze für zukünftige Prozesssteuerungen ermöglicht werden. Auch im Bereich der Landmaschinen und der Produktion besteht Bedarf, um Produktivität und Flexibilität steigern zu können.

Daraus ergeben sich zahlreiche Herausforderungen, insbesondere in Bezug auf die Sicherheit solcher Architekturen. Verbindungsabbrüche und Qualitätsprobleme in der Kommunikation können zu einer Beeinträchtigung der Funktionen führen. Sowohl Safety als auch Security müssen Ende-zu-Ende von den Systemen bis zur Cloud und wieder zurück gewährleistet werden.

Um auch safety-kritische Funktionen aus eingebetteten Systemen auslagern zu können, ist eine sichere und verlässliche E2E-Architektur die Grundlage. Zur Erforschung einer anwendungsorientierten Lösung für die flexible Verlagerung safety-kritischer Funktionen werden im Rahmen des Projekts vom Fraunhofer IKS die entstehenden Safety-Herausforderungen in E2E-Architekturen untersucht. Um Funktionen zu verlagern, müssen systemübergreifende Lösungen geschaffen werden, die sowohl das Monitoring des Systems als auch die Planung notwendiger Anpassungen aufgrund von Fehlerbildern umfassen. Insbesondere bei der Verlagerung von safety-kritischen Funktionen müssen neue Plattformmechanismen entwickelt werden, welche die Unzuverlässigkeit drahtloser Verbindungen berücksichtigen und adaptiv darauf reagieren können.

E2E-Architekturen: Aspekte des Projektes

Expertise und Erfahrung von Fraunhofer IKS

zur Realisierung sicherer E2E-Architekturen 

Anpassung zu den Kundenanforderungen

  • Automobilbereich
  • Industrieautomatisierung 
  • Farming

Fail-Operational-Architekturen

Fail-Operational-Architekturen auf Basis dynamischer Systemadaptionen anstatt einfacher Fail-Safe-Architekturen, wodurch verteilte Sicherheitsfunktionen auch bei auftretenden Fehlern weiterhin verfügbar bleiben

Überwachung und Anomalie-Erkennung

in verteilten Systemen (DANA), damit semantisch und syntaktisch fehlerhaftes Interaktionsverhalten im Verbund als Teil der Fehlererkennung detektiert werden kann

Safety-Analyse und -Spezifikation verteilter Systeme

zur statischen Analyse und zum adaptiven Safety-Management des Ende-zu-Ende-Systems

Success Story: Hitachi und Fraunhofer IKS entwickeln resiliente Plattformen für autonome Systeme

Cyber-Physical Systems vernetzen sich: Eingebettete Systeme agieren künftig nicht mehr eigenständig, sondern sind Teil eines Ökosystems solcher Systeme und bilden somit ein Cyber-Physical-System-of Systems (CPSoS). Die Interaktion zwischen den einzelnen Systemen läuft über die Cloud- und Server-Infrastruktur. Szenarien für die praktische Anwendung solcher CPSoS reichen vom Management von Baumaschinen auf Großbaustellen bis zum Lagermanagement samt Steuerung des Warenflusses, der von autonomen Transportsystemen abgewickelt wird. Hitachi und das Fraunhofer IKS haben im vorliegenden Projekt eine resiliente Architektur für solche Cloud-basierten Steuerungssysteme entwickelt – am Beispiel eines automatisierten Parkservices für Fahrzeuge (Automated Valet Parking) im Parkhaus.

 

Herausforderungen Cloud-basierter Systeme am Beispiel des Automated Valet Parking

Datenschutz und Datenverarbeitung

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Projektdetails

  • Projektpartner: Hitachi Ltd.
  • Projektlaufzeit: 06/2019-03/2020
  • Branche: Automobilindustrie
  • Firmenhauptsitz: Tokio, Japan

Resiliente Service-Orientierte Architekturen

Cloud-basierte Steuerungssysteme

  • Zuverlässiges und sicheres System
  • Echtzeit-Reaktion
  • Optimales und effizientes Funktionieren 

Automatisierter Parkservice für Fahrzeuge (Automated Valet Parking, AVP) im Parkhaus

Monitoring & Recovery Concept

  • Überwachung der Systemeigenschaften
  • Wiederherstellung der Funktionen im Fehlerfall
  • Gewährleistung der Sicherheit bei gleichzeitig verbesserter Effizienz

Entwicklung von CPSoS für verschiedene Anwendungen, vom Architekturentwurf bis zur Evaluierung