Diz 73 cz
Rozvrhovací algoritmy pro komunikační protokoly řízené časem
Autor: Jan Dvořák
Moderní automobilové systémy přinášejí řadu technologických výzev pro vývojáře elektronických řídicích systémů. Objevují se snahy nahradit původně mechanické, hydraulické či pneumatické komponenty elektronickými systémy. Příkladem toho mohou být třeba systémy steer-by-wire, break-by-wire či x-by-wire, kdy původně mechanické propojení je nahrazeno elektrickým či elektromechanickým propojením. Takovéto elektrické propojení však klade vysoké nároky na spolehlivost a determiničnost celého systému, jehož důležitou částí je komunikační systém. Častý je navíc i požadavek využití společného komunikačního systému pro celý systém, což vede k finančním úsporám a tím i lepší konkurenceschopnosti finálního produktu. Vše se stává ještě komplikovanějším problémem ve chvíli, kdy se rozšiřuje počet asistenčních systémů v automobilech a tedy i jednotek které je mezi sebou potřeba propojit. Blížící se éra vozidel s prvky autonomního řízení navíc vyžaduje, aby i komunikace spotřebovávající značnou část přenosového pásma, jako jsou třeba signály z kamer či lidarů, byla součástí řídicího systému a tudíž je nutné splnit vysokou spolehlivost též. Ve výsledku to znamená, že moderní automobilové systémy vyžadují komunikační systémy, které jsou schopny přenést velké objemy dat spolehlivě a deterministicky. Pro tento účel byly navrženy komunikační protokoly řízené časem jako je FlexRay či TTEthernet. Jejich spolehlivost a přenosové vlastnosti jsou však úzce svázány s kvalitou rozvrhu, dle kterého se komunikace řídí.
Tato práce se věnuje problému vytváření rozvrhů pro komunikační protokoly FlexRay a TTEthernet. První část se zaměřuje na problém vytváření rozvrhů pro FlexRay, který poskytuje dva komunikační kanály, které mohou být využity nezávisle. Jelikož mohou být elektronické jednotky připojeny jen k jednomu kanálu, snadží se metoda určit ke kterému kanálu bude jednotka připojena tak, aby byl výsledný rozvrh komunikace co nejefektivnější. Druhá část práce je také zaměřena na vytváření rozvrhů pro FlexRay. Zde je však studována problematika vytváření rozvrhů ve vývojovém procesu, kdy je potřeba brát v potaz více variant produktu najednou a navíc i zpětnou kompatibilitu s předešlými produkty. Příklad takového vývojového procesu můžeme najít v automobilovém průmyslu, kdy více variant automobilu je vytvářeno na společné platformně a je požadováno, aby byly mezi sebou kompatibilní. Poslední, třetí část studie, je zaměřena na rozvrhování komunikace řízené časem v síti TTEthernet. Stejně jako v druhé části i zde je požadováno zachování zpětná kompatibility s předešlou verzí produktu.
Pro každou část studie je vypraconána rešerše s rozborem příbuzných vědeckých prací a formálně nadefinován problém, který daná část řeší. Následně je popsán navržený algoritmus, který nadefinovaný problém řeší. Každý algoritmus je pak ověřen z pohledu kvalitativního i kvantitativního a na experimentech jsou studovány jevy daných specifických problémů, který se projevují na výsledných rozvrzích.