Communication over Real-Time Ethernet Group
Communication over Real-Time Ethernet Group
@article{mhrks-nadct-21, author = {Meyer, Philipp and H{\"a}ckel, Timo and Reider, Sandra and Korf, Franz and Schmidt, Thomas C.}, title = {{Network Anomaly Detection in Cars: A Case for Time-Sensitive Stream Filtering and Policing}}, journal = {Computer Networks}, month = dec, year = {2024}, pages = {110855}, volume = {255}, publisher = {Elsevier}, url = {https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S138912862400687X}, issn = {1389-1286}, doi = {https://doi.org/10.1016/j.comnet.2024.110855}, eprinttype = {arxiv}, eprint = {2112.11109}, keywords = {Time-sensitive networking,TSN,In-vehicular networks,Automotive security,Network simulation,QoS}, groups = {own, publications, simulation}, langid = {english}, modificationdate = {2024-10-21T10:57:26} }
Connected cars are vulnerable to cyber attacks. Security challenges arise from vehicular management uplinks, from signaling with roadside units or nearby cars, as well as from common Internet services. Major threats arrive from bogus traffic that enters the in-car backbone, which will comprise of Ethernet technologies in the near future. Various security techniques from different areas and layers are under discussion to protect future vehicles. In this paper, we show how Per-Stream Filtering and Policing of IEEE Time-Sensitive Networking (TSN) can be used as a core technology for identifying misbehaving traffic flows in cars, and thereby serve as network anomaly detectors. TSN is the leading candidate for implementing quality of service in vehicular Ethernet backbones. We classify the impact of network attacks on traffic flows and benchmark the detection performance in each individual class. Based on a backbone topology derived from a real car and its traffic definition, we evaluate the detection system in realistic scenarios with real attack traces. Our results show that the detection accuracy depends on the precision of the in-vehicle communication specification, the traffic type, the corruption layer, and the attack impact on the link layer. Most notably, the anomaly indicators of our approach remain free of false positive alarms, which is an important foundation for implementing automated countermeasures in future vehicles.
@inproceedings{mhlks-fsaad-24, author = {Meyer, Philipp and H{\"a}ckel, Timo and L{\"u}beck, Teresa and Korf, Franz and Schmidt, Thomas C.}, title = {{A Framework for the Systematic Assessment of Anomaly Detectors in Time-Sensitive Automotive Networks}}, booktitle = {2024 IEEE Vehicular Networking Conference (VNC)}, location = {Kobe, Japan}, month = may, year = {2024}, pages = {57--64}, publisher = {IEEE}, doi = {10.1109/VNC61989.2024.10576017}, eprinttype = {arxiv}, eprint = {2405.01324}, groups = {own, publications, simulation, security, anomaly-detection, tsn}, langid = {english}, modificationdate = {2024-07-04T12:23:26} }
Connected cars are susceptible to cyberattacks. Security and safety of future vehicles highly depend on a holistic protection of automotive components, of which the time-sensitive backbone network takes a significant role. These onboard Time-Sensitive Networks (TSNs) require monitoring for safety and – as versatile platforms to host Network Anomaly Detection Systems (NADSs) – for security. Still a thorough evaluation of anomaly detection methods in the context of hard real-time operations, automotive protocol stacks, and domain specific attack vectors is missing along with appropriate input datasets. In this paper, we present an assessment framework that allows for reproducible, comparable, and rapid evaluation of detection algorithms. It is based on a simulation toolchain, which contributes configurable topologies, traffic streams, anomalies, attacks, and detectors. We demonstrate the assessment of NADSs in a comprehensive in-vehicular network with its communication flows, on which we model traffic anomalies. We evaluate exemplary detection mechanisms and reveal how the detection performance is influenced by different combinations of TSN traffic flows and anomaly types. Our approach translates to other real-time Ethernet domains, such as industrial facilities, airplanes, and UAVs.
@techreport{l-atsac-24, author = {L{\"u}beck, Teresa}, title = {{Asynchronous Traffic Shaper in an Aircraft Cabin Use-case - Forschungswerkstatt 2}}, year = {2024}, institution = {CoRE Research Group, Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, groups = {own, seminar, tsn, ats, aircraft}, langid = {english} }
@inproceedings{hmmsk-dssin-23, author = {H{\"a}ckel, Timo and Meyer, Philipp and Mueller, Mehmet and Schmitt-Solbrig, Jan and Korf, Franz and Schmidt, Thomas C.}, title = {{Dynamic Service-Orientation for Software-Defined In-Vehicle Networks}}, booktitle = {Proc. of the IEEE 97th Vehicular Technology Conference (VTC2023-Spring)}, location = {Florence, Italy}, month = jun, year = {2023}, publisher = {IEEE}, eprinttype = {arxiv}, eprint = {2303.13903}, theme = {rtether|nsec} }
Modern In-Vehicle Networks (IVNs) are composed of a large number of devices and services linked via an Ethernet-based time-sensitive network. Communication in future IVNs will become more dynamic as services can be updated, added, or removed during runtime. This requires a flexible and adaptable IVN, for which Software-Defined Networking (SDN) is a promising candidate. In this paper, we show how SDN can be used to support a dynamic, service-oriented network architecture. We demonstrate our concept using the SOME/IP protocol, which is the most widely deployed implementation of automotive service-oriented architectures. In a simulation study, we evaluate the performance of SOME/IP-adaptive SDN control compared to standard Ethernet switching and non-optimized SDN. Our results show an expected overhead introduced by the central SDN controller, which is, however, reduced by up to 50% compared to SOME/IP-unaware SDN.For a large number of services, the setup time is in the order of milliseconds, which matches standard Ethernet switching. A SOME/IP-aware SDN controller can optimize the service discovery to improve adaptability, robustness, security, and Quality-of-Service of the IVN while remaining transparent to existing SOME/IP implementations.
@techreport{h-vsdnc-23, author = {Hippler, Milena}, title = {{Finding Vulnerabilities of a SDN Controller by Impersonating a Switch - Hauptprojekt}}, month = may, year = {2023}, institution = {CoRE Research Group, Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, groups = {own, seminar, security}, langid = {english} }
The aim of this paper is to perform a vulnerability analysis of an SDN controller. The focus is on attacks and tests that are initiated by a SDN switch to expose vulnerabilities of the SDN controller. In order to fulill this aim, a fake switch was needed that primarily behaves like a legitimate switch, but then starts to perform tests to verify the security of the SDN controller. This led to another goal of this paper, which is the analysis of how it is most possible to imitate a switch using frameworks. For this purpose, a hybrid approach was chosen, consisting of a self-written program that imitates a switch and an existing framework called DELTA. The suitability of this approach and that of the individual components was tested and analyzed in the scope of this project. In addition, it was determined which attacks starting from the switch to the SDN controller are suitable, for which the possibilities of the hybrid approach were also examined. This resulted in several test cases, which were first applied to a SDN controller in a virtual test environment and then to an SDN controller located on the tabletop setup of the CORE project group. Based on the results of the test cases of the hybrid approach on different SDN controllers, an analysis was performed to identify the vulnerabilities of the respective SDN controller.
@inproceedings{mhmks-asasd-23, author = {Mueller, Mehmet and H{\"a}ckel, Timo and Meyer, Philipp and Korf, Franz and Schmidt, Thomas C.}, title = {{Authenticated and Secure Automotive Service Discovery with DNSSEC and DANE}}, booktitle = {Proc. of the 14th IEEE Vehicular Networking Conference (VNC)}, location = {Istanbul, T{\"u}rkiye}, month = apr, year = {2023}, publisher = {IEEE}, eprinttype = {arxiv}, eprint = {2303.15128}, theme = {rtether|nsec} }
Automotive softwarization is progressing and future cars are expected to operate a Service-Oriented Architecture on multipurpose compute units, which are interconnected via a high-speed Ethernet backbone. The AUTOSAR architecture foresees a universal middleware called SOME/IP that provides the service primitives, interfaces, and application protocols on top of Ethernet and IP. SOME/IP lacks a robust security architecture, even though security is an essential in future Internet-connected vehicles. In this paper, we augment the SOME/IP service discovery with an authentication and certificate management scheme based on DNSSEC and DANE. We argue that the deployment of well-proven, widely tested standard protocols should serve as an appropriate basis for a robust and reliable security infrastructure in cars. Our solution enables on-demand service authentication in offline scenarios, easy online updates, and remains free of attestation collisions. We evaluate our extension of the common vsomeip stack and find performance values that fully comply with car operations.
@mastersthesis{s-matbf-23, author = {Schumacher, Wilhelm}, title = {{Methoden zur Anomalieerkennung in TSN basierten Fahrzeugnetzwerken}}, month = apr, year = {2023}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {mastersthesis}, entrysubtype = {mastersthesis}, groups = {own, thesis}, langid = {ngerman} }
Zukünftige Automobile involvieren eine Vielzahl an Steuergeräten für neue, hochmoderne Funktionen wie autonomes Fahren/Fahrerassistenz, Komfort und Infotainment. Zur Umsetzung dieser Funktionen werden die etablierten Automotive Kommunikationstechnologien, bestehend aus heterogenen Feldbussen, im Netzwerk Schritt für Schritt durch Ethernet-Netzwerke ersetzt. Dadurch können Anforderungen an immer weiter steigende Bandbreite und Kabelgewicht/Kabelkomplexität besser erfüllt werden. Durch die zusätzliche Integration von Time-Sensitive Networking in das zukünftige Fahrzeugnetzwerk können Anforderungen an garantierte Bandbreite, eine maximale Latenz und kein Paketverlust durch Buffer Overflow in einer Queue im Netzwerk realisiert werden. Das Verschicken von sicherheitskritischen Traffic über die gleiche Leitung wie nicht sicherheitskritischen Traffic und der vermehrten Öffnung nach Außen erfordern angepasste Sicherheitskonzepte zum Schutz der Steuergeräte. In dieser Arbeit werden Methoden der Anomalieerkennung im Rahmen eines TSN basierten Fahrzeugnetzwerks untersucht. Der aktuelle Stand der Anomalieerkennung im Fahrzeugnetzwerk insbesondere in Verbindung mit TSN wird dargestellt. Kategorisierungen von Algorithmen zur Anomalieerkennung aus der Literatur werden analysiert und Kriterien zum Vergleich von Algorithmen definiert. Im nächsten Schritt wird ein Prototyp TSN Netzwerk in Hardware aufgebaut. In verschiedenen Angriffsszenarien werden ausgewählte Methoden zur Anomalieerkennung evaluiert und an den Ergebnissen miteinander verglichen.
@techreport{m-asddd-23, author = {Mueller, Mehmet}, title = {{Authenticated and Secure Automotive Service Discovery with DNSSEC and DANE - Grundprojekt}}, month = jan, year = {2023}, institution = {CoRE Research Group, Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, groups = {own, seminar, security, automotive, dnssec, dane}, langid = {english} }
Automotive softwarization is progressing and future cars are expected to operate a Service-Oriented Architecture on multipurpose compute units, which are interconnected via a high-speed Ethernet backbone. The AUTOSAR architecture foresees a universal middleware called SOME/IP that provides the service primitives, interfaces, and application protocols on top of Ethernet and IP. SOME/IP lacks a robust security architecture, even though security is an essential in future Internet-connected vehicles. In this paper, we augment the SOME/IP service discovery with an authentication and certificate management scheme based on DNSSEC and DANE. We argue that the deployment of well-proven, widely tested standard protocols should serve as an appropriate basis for a robust and reliable security infrastructure in cars. Our solution enables on-demand service authentication in offline scenarios, easy online updates, and remains free of attestation collisions. We evaluate our extension of the common vsomeip stack and find performance values that fully comply with car operations.
@mastersthesis{r-eweif-23, author = {Rudevica, Santa}, title = {{Evaluation von Werkzeugen zur Einbruchserkennung in Fahrzeugnetzwerken}}, month = jan, year = {2023}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {bachelorsthesis}, entrysubtype = {bachelorsthesis}, groups = {own, thesis}, langid = {ngerman} }
Die Sicherheit in Fahrzeugnetzwerken spielt bei einem steigenden Vernetzungsgrad innerhalb des Fahrzeuges eine größere Rolle. Immer mehr Funktionalitäten werden in Fahrzeugen durch Software, die eine verteilte Kommunikation in Fahrzeugnetzwerken voraussetzt, gesteuert. Auch sicherheitskritische Anwendungen sind Teil des Netzwerks und haben aufgrund der Kritikalität entsprechend hohe Anforderungen an die Netzwerk sicherheit. Ein weiterer Aspekt, der die Angriffsoberfläche der Netzwerke in Fahrzeugen der Zukunft erhöht, ist die globale Vernetzung, denn die Anzahl der Schnittstellen nach außen erhöht sich ebenfalls. Dadurch stellt ein Auto ein offenes, sicherheitskritisches System dar. Für die Netzwerksicherheit führt das zu einer großen Herausforderung, da mögliche Angriffe ein hohes Maß an Kritikalität erreichen können. Um Angriffe auf ein Netzwerk festzustellen, gibt es verschiedene Ansätze. Ziel dieser Arbeit ist es die Eignung von bereits auf dem Markt existierenden Werkzeugen zur Einbruchserkennung, welche nicht für den Einsatz in Fahrzeugnetzwerken ausgerichtet sind, zu evaluieren. Diese werden anhand verschiedener Kriterien, welche allgemein für die Überwachung des Netzwerkverkehrs relevant sind, ausgewählt. Nach der Vorauswahl werden Werkzeuge einzeln vorgestellt und evaluiert. Für die Evaluation werden potenziell geeignete Werkzeuge ausgewählt. Diese werden auf die Funktionsweise und mögliche Ansätze im Bereich Einbruchserkennung in Fahrzeugnetzwerken untersucht.
@techreport{s-iadan-23, author = {Soltani, Mohammad Fazel}, title = {{Image based Anomaly Detection in Automotive Networks - Forschungswerkstatt 2}}, year = {2023}, institution = {CoRE Research Group, Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, groups = {own, seminar}, langid = {english} }
@mastersthesis{u-sgcer-22, author = {{\"U}lker, Yunus}, title = {{Developing a CAN Ethernet Gateway for Software Defined Networks in Future Cars}}, month = sep, year = {2022}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {bachelorsthesis}, entrysubtype = {bachelorsthesis}, groups = {own, thesis, network, automotive, sdn}, langid = {english} }
The raise of new technologies for in-vehicle networks, as for example, Highly Automated Driving, comes with a high amount of demands. The traditional in-vehicle networks cannot meet all of them, which gives the motivation to search for alternatives. A promising solution is to use high-speed ethernet backbone networks to connect various traditional networks such as CAN buses. This work provides a gateway solution between CAN buses and ethernet networks. The specialty of this gateway is that it acts like an SDN network device instead of having a local decision making logic. After a deep evaluation the resulting gateway prototype is deployed in the experimental setup of the CoRE research group.
@techreport{s-anf-22, author = {Soltani, Mohammad Fazel}, title = {{Anomalieerkennung mit neuronalen Netzen in Fahrzeugnetzwerken - Forschungswerkstatt 1}}, month = jul, year = {2022}, institution = {CoRE Research Group, Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, groups = {own, seminar, anomaly detection, neural networks, in-vehicular networks}, langid = {german} }
Fahrzeuge sind auf Grund von Internetkonnektivität zu einem attraktiven Angriffsziel von Hackern geworden. Sicherheitskritische Komponenten wie Bremsen und Motor werden per Fernzugriff gesteuert, manipuliert oder vollständig ausgeschaltet. Die Detektion solcher Angriffe kann mit der Anomalieerkennung umgesetzt werden. Dadurch können Gegenmaßnahme zur Aufrechterhaltung der Funktionalität sicherheitskritischer Komponenten eingeleitet werden. Neuronale Netze können trainiert werden, um das normale Verhalten des Fahrzeugnetzwerkes zu erlernen. Jedoch ist nicht klar, welche Daten aus dem Fahrzeugnetzwerk für das Training eines neuronalen Netzes verwendet werden sollen. Außerdem ist auch nicht klar, welche Topologien von neuronalen Netzen zur Anomalieerkennung in Fahrzeugnetzwerke verwendet werden sollen. Im Rahmen dieser Literaturarbeit wurden verwandte Arbeiten ausgesucht und recherchiert, in denen neuronale Netze zur Anomalieerkennung in Computernetzwerke oder Fahrzeugnetzwerke ihren Einsatz fanden. Die Ergebnisse aus den verwandten Arbeiten zeigen, dass der Einsatz von verschiedenen neuronalen Netzen zur Anomalieerkennung, je nachdem welche Daten ausgewählt und wie diese verarbeitet wurden, umgesetzt werden kann. Die Anomalieerkennung mit neuronalen Netzen in zukünftigen Fahrzeugnetzwerken ist gegenwärtig ein offenes Thema.
@inproceedings{hmsle-msijr-22, author = {H\"ackel, Timo and Meyer, Philipp and Stahlbock, Lukas and Langer, Falk and Eckhardt, Sebastian A. and Korf, Franz and Schmidt, Thomas C.}, title = {{A Multilayered Security Infrastructure for Connected Vehicles -- First Lessons from the Field}}, booktitle = {2022 {IEEE} Intelligent Vehicles Symposium Workshops ({IV} Workshops)}, month = may, year = {2022}, eprinttype = {arxiv}, eprint = {2310.10336}, groups = {own, publications, security, sdn, anomaly-detection} }
Connected vehicles are vulnerable to manipulation and a broad attack surface can be used to intrude in-vehicle networks from anywhere on earth. In this work, we present an integrated security infrastructure comprising network protection, monitoring, incident management, and counteractions, which we built into a prototype based on a production car. Our vehicle implements a Software-Defined Networking Ethernet backbone to restrict communication routes, network anomaly detection to make misbehavior evident, virtual controller functions to enable agile countermeasures, and an automotive cloud defense center to analyse and manage incidents on vehicle fleets. We present first measurements and lessons learned from operating the prototype: many network attacks can be prevented through software-defined access control in the backbone; anomaly detection can reliably detect misbehavior but needs to improve on false positive rate; controller virtualization needs tailored frameworks to meet in-car requirements; and cloud defence enables fleet management and advanced countermeasures. Our findings indicate attack mitigation times in the vehicle from 257 ms to 328 ms and from 2,168 ms to 2,713 ms traversing the cloud.
@article{hmks-stsdn-22, author = {H{\"a}ckel, Timo and Meyer, Philipp and Korf, Franz and Schmidt, Thomas C.}, title = {{Secure Time-Sensitive Software-Defined Networking in Vehicles}}, journal = {IEEE Transactions on Vehicular Technology}, year = {2022}, pages = {1--16}, publisher = {IEEE Press}, address = {Piscataway, NJ, USA}, doi = {https://doi.org/10.1109/TVT.2022.3202368}, eprinttype = {arxiv}, eprint = {2201.00589}, groups = {own, publications, simulation, tsn, security, sdn}, langid = {english} }
Current designs of future In-Vehicle Networks (IVN) prepare for switched Ethernet backbones, which can host advanced LAN technologies such as IEEE Time-Sensitive Networking (TSN) and Software-Defined Networking (SDN). In this paper, we present an integrated Time-Sensitive Software-Defined Networking (TSSDN) architecture that simultaneously enables control of synchronous and asynchronous real-time and best-effort communication for all IVN traffic classes. Despite the central SDN controller, we can validate that control can operate without a delay penalty for TSN traffic, provided protocols are properly mapped. We demonstrate how TSSDN adaptably and reliably enhances network security for in-vehicle communication. A systematic investigation of the possible control flow integrations with switched Ether-networks reveals that these strategies allow for shaping the attack surface of a software-defined IVN. We discuss embeddings of control flow identifiers on different layers, covering the range from a fully exposed mapping to deep encapsulation. We experimentally evaluate these strategies in a production vehicle, which we map to a modern Ethernet topology. Our findings indicate that visibility of automotive control flows on lower network layers enables isolation and access control throughout the network infrastructure. Such a TSSDN backbone can establish and survey trust zones within the IVN and reduce the attack surface of connected cars in various attack scenarios.
@inproceedings{hshmk-ssttn-21, author = {Haugg, Tobias and Soltani, Mohammad Fazel and H{\"a}ckel, Timo and Meyer, Philipp and Korf, Franz and Schmidt, Thomas C.}, title = {{Simulation-based Evaluation of a Synchronous Transaction Model for Time-Sensitive Software-Defined Networks}}, booktitle = {Proceedings of the 8th International OMNeT++ Community Summit 2021}, month = oct, year = {2021}, eprinttype = {arxiv}, eprint = {2110.00236}, archiveprefix = {arXiv}, groups = {own, publications, simulation, omnet}, langid = {english}, modificationdate = {2024-07-04T12:20:51}, primaryclass = {cs.NI} }
Real-time networks based on Ethernet require robust quality-of-service for time-critical traffic. The Time-Sensitive Networking (TSN) collection of standards enables this in real-time environments like vehicle on-board networks. Runtime reconfigurations in TSN must respect the deadlines of real-time traffic. Software-Defined Networking (SDN) moves the control plane of network devices to the SDN controller, making these networks programmable. This allows reconfigurations from a central point in the network. In this work, we present a transactional model for network reconfigurations that are synchronously executed in all network devices. We evaluate its performance in a case study against non-transactional reconfigurations and show that synchronous transactions enable consistency for reconfigurations in TSN without increased latencies for real-time frames.
@techreport{s-movvm-21, author = {Schumacher, Wilhelm}, title = {{Modellbasierter Vergleich von Methoden zur Anomalieerkennung im Fahrzeugnetzwerk des SecVI Demonstrators - Hauptprojekt}}, month = oct, year = {2021}, institution = {CoRE Research Group, Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, groups = {own, seminar, security}, langid = {ngerman} }
Moderne Fahrzeugnetzwerke bilden die Grundlage für eine Vielzahl neuer hochentwickelter Funktionen im zukünftigen Auto (“Connected Vehicle”). Die Nutzung dieser Funktionen, wie etwa Fahrerassistenzsysteme, Infotainmentsysteme oder bis hin zum automatisierten und autonomen Fahren, führt gleichzeitig auch zu einer Öffnung des internen Netzes und zu vermehrter Kommunikation mit der Außenwelt. Dies ermöglicht die Durchführung einer Vielzahl neuer Angriffe auf das Auto, für die neue Sicherheitskonzepte entwickelt werden müssen. Ein Bestandteil des zukünftigen Security-Konzept des Autos könnte die Entdeckung von Angriffen durch die Anomalieerkennung sein. Unterschiedliche Verfahren zur Anomalieerkennung werden bereits in anderen Domänen wie zum Beispiel bei der Erkennung von Kreditkartenbetrug, im medizinischen Bereich, für Fehlererkennungen im Raumschiff (Safety) oder klassisch für Intrusion Detection Systeme, die Angriffe auf Netzwerke entdecken sollen, erfolgreich eingesetzt. Das langfristige Ziel ist es Herauszufinden, wie praktikabel der Einsatz von Anomalieerkennung im Fahrzeug ist und welche der bekannten Algorithmen besonders gut für die Erkennung von Anomalien innerhalb der Automotive Security Domäne geeignet sind. Das Ziel dieser Ausarbeitung (Hauptprojekt) ist es, verschiedene Algorithmen zur Anomalieerkennung in realer Hardware innerhalb des SecVI Demonstrators eimzusetzen und miteinander zu vergleichen. Dieses Projekt baut auf der theoretischen Ausarbeitung zu den Methoden und dem Vergleichen von Basisalgorithmen zur Anomalieerkennung in einer OMNeT++ Simulationsumgebung aus dem Grundprojekt auf. Der Vergleich der Algorithmen im Netzwerk wird auf der Ebene eines CAN-Bus Streams und auf der Ebene eines Videostreams durchgeführt. In verschiedenen Angriffsszenarien wird das Verhalten und die Erkennungsrate der Algorithmen untersucht.
@mastersthesis{s-tnzbf-21, author = {Soltani, Mohammad Fazel}, title = {{Ein Transaktionsmodell zur Netzwerkkonfiguration mit Zeitanforderungen am Beispiel von Fahrzeugen}}, month = jul, year = {2021}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {bachelorsthesis}, entrysubtype = {bachelorsthesis}, groups = {own, thesis, tsn, sdn, network reconfiguration, transaction}, langid = {ngerman} }
Zeitkritische Netzwerke müssen bei veränderten Anforderungen rekonfiguriert werden. Rekonfigurationen in zeitkritischen Netzwerken müssen unter der Einhaltung von Deadlines zeitkritischer Prozesse erfolgen. Weiter müssen Rekonfigurationen zur Laufzeit zeitsynchron und transaktional auf betroffenen Netzwerkgeräten erfolgen. Zeitkritische Netzwerke wie ethernetbasierte Fahrzeugboardnetzwerke werden durch gängige Standards wie TSN ermöglicht, in denen Datenpakete unter zeitlichen Fristen übertragen werden müssen. Durch SDN wird die Logik der Netzwerkgeräte in den SDN-Controller verlagert, um diese Netzwerke programmierbar zu machen, wodurch Erweiterungen wie Transaktionalität implementiert werden können. Diese Arbeit evaluiert ein Transaktionsmodell, welches Rekonfigurationen transaktional und zeitsynchron in einem programmierbaren und zeitkritischen Netzwerk ohne Paketverlust und Verzögerungen durchführt. Im Rahmen einer Fallstudie konnte gezeigt werden, dass das Transaktionsmodell weder Verzögerungen noch Paketverluste an bestehendem sowie hinzugefügtem Datenverkehr verursacht.
@mastersthesis{s-tavag-21, author = {Szancer, Sebastian}, title = {{Traffic Analysis in V2X Application-Level Gateways}}, month = apr, year = {2021}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {mastersthesis}, entrysubtype = {mastersthesis}, langid = {english} }
Future cars will communicate with a variety of entities ranging from other vehicles and infrastructure, such as traffic lights, to Internet-based services running on remote servers. This V2X communication is essential for future vehicles, since it increases traffic safety and traffic efficiency, contributes to easier vehicle maintenance and also plays an important role for the realisation of autonomous vehicles. It is necessary that V2X communication is appropriately secured, especially since it includes safety-critical communication. This can be done with a V2X Security Gateway in the vehicle, which serves as a proxy for vehicle-internal services communicating with the outside world and ensures cryptographic security as well as security on the internet-, transport- and application layer. A central component of such a V2X Security Gateway is the V2X Application-Level Gateway, which ensures security on the application layer, including a context-sensitive semantic analysis of application data, detection of application layer protocol violations and detection of application layer DoS attacks. It also realises the proxy-functionality and ensures cryptographic security. This work presents a concept and prototype implementation of such a V2X Application-Level Gateway. The implementation was evaluated with the V2X Application-Level Gateway software run on an Intel NUC integrated in a test network representing an internal vehicle network. In this network, consisting of an Edgecore SDN switch and Intel NUCs and Raspberry Pis representing vehicle ECUs, several V2X scenarios like remotely controlling the vehicle trunk via HTTP, receiving traffic updates via MQTT and a basic V2V traffic safety service using the ETSI CAM were simulated. Each scenario included realistic attacks devised for evaluating the V2X Application-Level Gateway. It was shown that with the traffic analysis in the V2X Application-Level Gateway all attacks could be detected and handled.
@techreport{c-ssdna-21, author = {Cakir, Mehmet}, title = {{Security with Software-Defined Networking in Automotive Networks - Forschungswerkstatt 1}}, month = feb, year = {2021}, institution = {CoRE Research Group, Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, groups = {own, seminar, security, automotive, sdn}, langid = {english} }
Cars are constantly equipped with new functions and intelligence. As the car becomes more open to it’s environment using Vehicle-to-Everything (V2X) communication technologies, the necessity of security requirements becomes apparent. The concept of Software-Defined Networking (SDN) promises to simplify the control over network flows and devices. This work shows the current state of automotive networks and their security requirements. Furthermore, the concept of SDN and security concepts of SDN are explained. Finally, expectations of the use of SDN in cars will be discussed.
@techreport{h-lhmab-21, author = {H{\"o}wer, Moritz}, title = {{Laufzeitoptimierung heterogener Multiprozessorsysteme im Automotive Bereich - Forschungswerkstatt 1}}, month = feb, year = {2021}, institution = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, groups = {own, seminar}, langid = {ngerman} }
In dieser Ausarbeitung wird zunächst eine Einführung in das Themengebiet der Laufzeitoptimierung auf heterogenen Multiprozessorsystemen gegeben, wobei grundlegende Rechnerarchitekturen wie Very Long Instruction Word (VLIW) und Single Instruction Multiple Data (SIMD) eingeführt werden. Es folgt ein Einstieg in die Anforderungen an Sicherheit und Zuverlässigkeit im Automotive Bereich – verdeutlicht am Beispiel einer Fahrspurerkennung, welche als Grundlage für Advanced Driver Assistance Systems (ADAS) dienen kann und den Automotive Safety Integrity Level (ASIL) der Klasse B erfüllen muss. Zuletzt werden anhand einer Literaturrecherche verwandter Arbeiten vorgestellt sowie deren Anwendbarkeit im Bezug auf den Automotive Bereich evaluiert.
@inproceedings{rmhks-irasn-21, author = {Reider, Sandra and Meyer, Philipp and H{\"a}ckel, Timo and Korf, Franz and Schmidt, Thomas C.}, title = {{Integration realer Angriffe in simulierte Echtzeit- Ethernet-Netzwerke}}, booktitle = {Echtzeit 2020}, month = jan, year = {2021}, pages = {51--60}, publisher = {Springer Vieweg}, address = {Wiesbaden}, isbn = {978-3-658-32818-4}, doi = {10.1007/978-3-658-32818-4_6}, booksubtitle = {Kommunikationssicherheit im Internet der Dinge (IoT)}, series = {Informatik aktuell}, groups = {own, publications, simulation}, langid = {ngerman} }
Ethernet wird zunehmend Bestandteil moderner Fahrzeugnetze und bildet die aussichtsreichste Technologie für künftige Hochgeschwindigkeits-Backbones im Auto. "Connected Vehicles" öffnen gleichzeitig ihre internen Fahrzeugnetzwerke nach außen und ermöglichen so eine Vielzahl neuer Angriffe, für die neue Sicherheitskonzepte entwickelt werden müssen. Sicherheitskonzepte und -mechanismen vor ihrer Einführung in einer Simulationsumgebungen zu testen, ist flexibel, schnell und kostengünstig. In dieser Arbeit stellen wir ein Konzept vor, mit dem realer Angriffsverkehr aufgezeichnet und in eine Simulationsumgebung eingespielt werden kann. Dieses evaluieren wir am Beispiel eines DoS-Angriffs und können zeigen, dass die erwarteten Auswirkungen des abgespielten Angriffs in der Simulation wiedergegeben werden.
@mastersthesis{s-eclwa-21, author = {Sch{\"a}ufler, Jonas}, title = {{Erkennung von Cyberangriffen auf LIDAR basierte Wahrnehmungsalgorithmen im Automobil}}, month = jan, year = {2021}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {mastersthesis}, entrysubtype = {mastersthesis}, groups = {own, thesis}, langid = {ngerman} }
In dieser Arbeit werden Angriffe auf LiDAR basierte Wahrnehmungsalgorithmen eines Automobils anhand einer state-of-the-art Referenzarchitektur analysiert. Basierend auf dieser Analyse werden Anforderungen an Angriffserkennungssysteme abgeleitet und Konzepte zum Schutze der Integrität der Applikationsschnittstelle durch Erkennung der Angriffe vorgestellt. Ausgewählte Konzepte werden als Prototyp implementiert und hinsichtlich ihrer funktionalen Anforderungen und erreichten Qualität ausgewertet.
@inproceedings{hsmks-sicfs-20, author = {H{\"a}ckel, Timo and Schmidt, Anja and Meyer, Philipp and Korf, Franz and Schmidt, Thomas C.}, title = {{Strategies for Integrating Controls Flows in Software-Defined In-Vehicle Networks and Their Impact on Network Security}}, booktitle = {2020 IEEE Vehicular Networking Conference (VNC) (IEEE VNC 2020)}, location = {Online}, month = dec, year = {2020}, publisher = {IEEE Press}, address = {Piscataway, NJ, USA}, doi = {10.1109/VNC51378.2020.9318372}, groups = {own, sdn, publications, security} }
Current In-Vehicle Networks (IVNs) connect Electronic Control Units (ECUs) via domain busses. A gateway forwards messages between these domains. Automotive Ethernet emerges as a flat, high-speed backbone technology for IVNs that carries the various control flows within Ethernet frames. Recently, Software-Defined Networking (SDN) has been identified as a useful building block of the vehicular domain, as it allows the differentiation of packets based on all header fields and thus can isolate unrelated control flows. In this work, we systematically explore the different strategies for integrating automotive control flows in switched Ether-networks and analyze their security impact for a software-defined IVN. We discuss how control flow identifiers can be embedded on different layers resulting in a range of solutions from fully exposed embedding to deep encapsulation. We evaluate these strategies in a realistic IVN based on the communication matrix of a production grade vehicle, which we map into a modern Ethernet topology. We find that visibility of automotive control flows within packet headers is essential for the network infrastructure to enable isolation and access control. With an exposed embedding, the SDN backbone can establish and survey trust zones within the IVN and largely reduce the attack surface of connected cars. An exposed embedding strategy also minimizes communication expenses.
@inproceedings{mhlsd-dsivi-20, author = {Meyer, Philipp and H{\"a}ckel, Timo and Langer, Falk and Stahlbock, Lukas and Decker, Jochen and Eckhardt, Sebastian A. and Korf, Franz and Schmidt, Thomas C. and Sch{\"u}ppel, Fabian}, title = {{Demo: A Security Infrastructure for Vehicular Information Using {SDN,} Intrusion Detection, and a Defense Center in the Cloud}}, booktitle = {2020 IEEE Vehicular Networking Conference (VNC) (IEEE VNC 2020)}, location = {Online}, month = dec, year = {2020}, publisher = {IEEE Press}, address = {Piscataway, NJ, USA}, doi = {10.1109/VNC51378.2020.9318351}, groups = {own, sdn, publications, security, anomaly-detection} }
Vehicular on-board communication is the basis for advanced driver assistance, autonomous driving, over-the-air updates, and many more. If unprotected, this infrastructure is vulnerable to manipulation and various attacks. As any networked system, future connected cars require robust protection, monitoring, and incidence management against cyber-attacks during their lifetime. We demonstrate an infrastructure that secures the in-vehicle communication system and enables the security management of an entire vehicle fleet. Our prototype - a real-world production car - uses an Ethernet backbone network. It implements protective measures using software-defined networking, anomaly detection technologies, and is connected to a cyber defense center in the cloud. We demonstrate how this combination can reliably detect and mitigate common attacks on the vehicle - including its legacy components.
@inproceedings{rhmks-rapesc-20, author = {Rotermund, Randolf and H{\"a}ckel, Timo and Meyer, Philipp and Korf, Franz and Schmidt, Thomas C.}, title = {{Requirements Analysis and Performance Evaluation of {SDN} Controllers for Automotive Use Cases}}, booktitle = {2020 IEEE Vehicular Networking Conference (VNC) (IEEE VNC 2020)}, location = {Online}, month = dec, year = {2020}, publisher = {IEEE Press}, address = {Piscataway, NJ, USA}, doi = {10.1109/VNC51378.2020.9318378}, groups = {own, sdn, automotive, performance-analysis, publications} }
Future vehicles will be more connected than ever leading to increased dynamics in vehicle on-board networks. Software-Defined Networking (SDN) is a promising technology to meet the emerging needs for flexibility and security in future automotive use cases. Although SDN controllers have been evaluated in data center networks, to the best of our knowledge there is a lack of an analysis and performance evaluation of SDN controllers for automotive use cases. In this work we provide a detailed requirements analysis for the use of SDN controllers in cars. Based on this requirements analysis we choose existing controller implementations for a performance analysis. Finally, we analyze automotive specific use cases for SDN controllers with controller application examples and show how these can fulfill additional requirements. Our evaluation provides a helpful basis for the design and development of SDN controllers that can be used in vehicles.
@inproceedings{mhks-nadci-20, author = {Meyer, Philipp and H{\"a}ckel, Timo and Korf, Franz and Schmidt, Thomas C.}, title = {{Network Anomaly Detection in Cars based on Time-Sensitive Ingress Control}}, booktitle = {2020 IEEE 92nd Vehicular Technology Conference (VTC2020-Fall)}, location = {Online}, month = nov, year = {2020}, pages = {1--5}, publisher = {IEEE Press}, address = {Piscataway, NJ, USA}, doi = {10.1109/VTC2020-Fall49728.2020.9348746}, groups = {own, publications, simulation, tsn, security, sdn, anomaly-detection}, langid = {english} }
Connected cars need robust protection against network attacks. Network anomaly detection and prevention on board will be particularly fast and reliable when situated on the lowest possible layer. Blocking traffic on a low layer, however, causes severe harm if triggered erroneously by falsely positive alarms. In this paper, we introduce and evaluate a concept for detecting anomalous traffic using the ingress control of Time-Sensitive Networking (TSN). We build on the idea that already defined TSN traffic descriptors for in-car network configurations are rigorous, and hence any observed violation should not be a false positive. Also, we use Software-Defined Networking (SDN) technologies to collect and evaluate ingress anomaly reports, to identify the generating flows, and to ban them from the network. We evaluate our concept by simulating a real-world zonal network topology of a future car. Our findings confirm that abnormally behaving individual flows can indeed be reliably segregated with zero false positives.
@misc{c-sedbf-20, author = {Cakir, Mehmet}, title = {{Simulation-Based Evaluation of a Delay-Based Forwarding Concept}}, howpublished = {OMNeT++ Community Summit 2020}, month = oct, year = {2020}, note = {Talk}, groups = {own, publications, simulation, delay-based forwarding}, langid = {english} }
Quality-of-Service (QoS) mechanisms can prioritize a particular network flow with IntServ. Clemm and Eckert propose Latency-Based Forwarding (LBF) as a novel approach to provide support for high-precision latency objectives. It prioritizes traffic with introducing packet metadata which carries latency objectives. With that metadata different actions will be taken at network nodes. A Proof-of-Concept has been developed using Big Packet Protocol (BPP). So in contrast to IntServ LBF supports prioritizing specific packets. The purpose is to provide fairness among different applications. For example packets that aren’t urgent as others can be chosen sent later as the urgent ones. Clemm and Eckert contacted us to enable further investigations for the LBF mechanism with OMNeT++. We want to compare our simulation results to the emulation results. The goal is to validate the results of Clemm and Eckert with ours.
@mastersthesis{r-psdnc-20, author = {Rotermund, Randolf}, title = {{Performanzanalyse von SDN-Controllern f{\"u}r Ethernet-basierte Kommunikationsarchitekturen im Fahrzeug}}, month = jul, year = {2020}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {bachelorsthesis}, entrysubtype = {bachelorsthesis}, groups = {own, thesis, sdn, automotive, performance-analysis}, langid = {ngerman} }
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Analyse und Evaluation von SDN-Controllern, die voraussichtlich in modernen Fahrzeugen mit Ethernet als Kommunikationsarchitektur eingebaut werden. Die Analyse erfolgt in drei Evaluationsschritten. Anfangs werden vier SDN-Controller mittels einer Anforderungsanalyse ausgewählt. Der zweite Schritt beinhaltet, die Performanzanalyse, die mittels einer Zusammenstellung von Metriken durchgeführt wird. Abschließend wird der SDN-Controller mit den besten Ergebnissen bei der Performanzanalyse in einem realen Fallbeispiel genutzt. In diesem Fallbeispiel werden mögliche Anwendungsgebiete und Schwächen von SDN-Controllern in einem Fahrzeugbordnetzwerk deutlich gemacht. Die Anforderungsanalyse hat gezeigt, dass die SDN Controller aus der Auswahl nicht alle kritischen Anforderungen erfüllen konnten. Die Ergebnisse der Performanzanalyse machen deutlich, dass SDN-Controller in der Lage sind innerhalb der zeitlichen Einschränkungen von Fahrzeugen zu agieren. Bei einem Ausfall würden diese für die zeitlichen Verhältnisse in einem Fahrzeug trotzdem zu lange brauchen. Das Fallbeispiel hat gezeigt, dass in einem realen Umfeld einige fehlende Anforderungen, durch Applikationen erfüllt werden können. Das Zeitverhalten bei einem Neustart oder Ausfall des Controllers ist dementsprechend der einzige ausschlaggebende Grund, der den Einbau in ein Fahrzeug verhindert.
@techreport{s-vacsa-20, author = {Szancer, Sebastian}, title = {{Concept of a V2X Application-Level Gateway with Context-sensitive Semantic Analysis of Application Data - Hauptprojekt}}, month = may, year = {2020}, institution = {CoRE Research Group, Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, groups = {own, seminar, security}, langid = {english} }
Modern cars communicate with a variety of entities ranging from other vehicles and infrastructure, such as traffic lights, to Internet-based services running on remote servers. This V2X communication enables the realisation of innovative functionality such as ”over the air” ECU software updates, optimised navigation and route planning or coordinated autonomous driving. It is necessary that V2X communication is appropriately secured, especially since it includes safety-critical communication. This can be done with a V2X Security Gateway in the vehicle, which serves as a proxy for vehicle-internal services communicating with the outside world and ensures cryptographic security as well as security on the internet-, transport- and application layer. A central component of such a V2X Security Gateway is the V2X Application-Level Gateway, which ensures security on the application layer, including a context-sensitive semantic analysis of application data. It also realises the proxy-functionality and ensures cryptographic security. This paper presents a concept and prototype implementation of such a V2X Application-Level Gateway for IP-based traffic. The implementation was evaluated with the V2X Application-Level Gateway software run on an Intel NUC integrated in a test network representing an internal vehicle network. In this network, consisting of an Edgecore SDN switch and Intel NUCs and Raspberry Pis representing vehicle ECUs, the scenario of remotely controlling the vehicle trunk was simulated.
@techreport{s-adalb-20, author = {Sch{\"a}ufler, Jonas}, title = {{Anomaly detection of attacks on LIDAR based automotive perception systems - Hauptprojekt}}, month = mar, year = {2020}, institution = {CoRE Research Group, Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, groups = {own, seminar, security}, langid = {english} }
@mastersthesis{w-ietsn-20, author = {Wienberg, Kai Steffen}, title = {{Implementierung und Evaluation einer Time-Sensitive Software-Defined Networking Architektur f{\"u}r den Automobilbereich}}, month = feb, year = {2020}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {bachelorsthesis}, entrysubtype = {bachelorsthesis}, groups = {own, thesis, tsn, sdn}, langid = {ngerman} }
In dieser Bachelorarbeit wird eine Applikation zur Konfiguration eines Time-Sensitive Software-Defined Networking (TSSDN)-Switches konzeptioniert und implementiert. Daraufhin wird anhand verschiedener Testarchitekturen und Testfälle evaluiert, ob TSSDN und der Switch die Anforderungen im Automobilbereich erfüllen können. Durch genaue Messungen der Latenz und Berechnung des Jitters wird ermittelt, wie sich Cross-Traffic auf priorisierte Nachrichten auswirkt und ob durch Scheduling der Nachrichten maximale Laufzeiten garantiert werden können.
@mastersthesis{c-edkaz-20, author = {Cakir, Mehmet}, title = {{Evaluation dienstorientierter Kommunikation in automobilen Zonalarchitekturen}}, month = jan, year = {2020}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {bachelorsthesis}, entrysubtype = {bachelorsthesis}, groups = {own, thesis, simulation}, langid = {ngerman} }
In Automobilnetzwerken steigt mit zunehmender Anzahl von Netzwerkkomponenten der Bandbreitenbedarf, wodurch Ethernet Bussysteme verdrängt. Dienstorientierte Architekturen verringern die Komplexität und können mit Dienstgüteverhandlungen heterogene Anforderungen erfüllen. Diese Arbeit evaluiert mithilfe einer praxisnahen Simulationsumgebung eine dienstorientierte Middleware mit dynamischer Dienstgüteverhandlung. Die Middleware und eine Netzwerkbeschreibungssprache werden erweitert, sowie das Zeitverhalten der Middleware untersucht. Zeitliche Anforderungen in heterogenen Autonetzwerken werden eingehalten und die Setup-Time liegt deutlich unter den Anforderungen.
@inproceedings{chrmk-qosso-19, author = {Cakir, Mehmet and H{\"a}ckel, Timo and Reider, Sandra and Meyer, Philipp and Korf, Franz and Schmidt, Thomas C.}, title = {{A QoS Aware Approach to Service-Oriented Communication in Future Automotive Networks}}, booktitle = {2019 IEEE Vehicular Networking Conference (VNC)}, location = {Los Angeles, California, USA}, month = dec, year = {2019}, publisher = {IEEE Press}, address = {Piscataway, NJ, USA}, url = {https://ieeexplore.ieee.org/document/9062794}, doi = {10.1109/VNC48660.2019.9062794}, eprinttype = {arxiv}, eprint = {1911.01805}, groups = {own, publications, simulation, qos}, langid = {english} }
Service-Oriented Architecture (SOA) is about to enter automotive networks based on the SOME/IP middleware and an Ethernet high-bandwidth communication layer. It promises to meet the growing demands on connectivity and flexibility for software components in modern cars. Largely heterogeneous service requirements and time-sensitive network functions make Quality-of-Service (QoS) agreements a vital building block within future automobiles. Existing middleware solutions, however, do not allow for a dynamic selection of QoS. This paper presents a service-oriented middleware for QoS aware communication in future cars. We contribute a protocol for dynamic QoS negotiation along with a multi-protocol stack, which supports the different communication classes as derived from a thorough requirements analysis. We validate the feasibility of our approach in a case study and evaluate its performance in a simulation model of a realistic in-car network. Our findings indicate that QoS aware communication can indeed meet the requirements, while the impact of the service negotiations and setup times of the network remain acceptable provided the cross-traffic during negotiations stays below 70% of the available bandwidth.
@inproceedings{hmks-smsdn-19, author = {H{\"a}ckel, Timo and Meyer, Philipp and Korf, Franz and Schmidt, Thomas C.}, editor = {Zongo, Meyo and Virdis, Antonio and Vesely, Vladimir and Vatandas, Zeynep and Udugama, Asanga and Kuladinithi, Koojana and Kirsche, Michael and F{\"o}rster, Anna}, title = {{SDN4CoRE: A Simulation Model for Software-Defined Networking for Communication over Real-Time Ethernet}}, booktitle = {Proceedings of the 6th International OMNeT++ Community Summit 2019}, month = dec, year = {2019}, pages = {24--31}, volume = {66}, publisher = {EasyChair}, url = {https://easychair.org/publications/paper/1TnZ}, issn = {2398-7340}, doi = {10.29007/w71t}, eprinttype = {arxiv}, eprint = {1908.09649}, series = {EPiC Series in Computing}, bibsource = {EasyChair, https://easychair.org}, groups = {own, publications, simulation, omnet, tsn, security, sdn}, langid = {english} }
Ethernet has become the next standard for automotive and industrial automation networks. Standard extensions such as IEEE 802.1Q Time-Sensitive Networking (TSN) have been proven to meet the real-time and robustness requirements of these environments. Augmenting the TSN switching by Software- Defined Networking functions promises additional benefits: A programming option for TSN devices can add much value to the resilience, security, and adaptivity of the environment. Network simulation allows to model highly complex networks before assembly and is an essential process for the design and validation of future networks. Still, a simulation environment that supports programmable real-time networks is missing. This paper fills the gap by sharing our simulation model for Software-Defined Networking for Communication over Real-Time Ethernet (SDN4CoRE) and present initial results in modeling programmable real-time networks. In a case study, we show that SDN4CoRE can simulate complex programmable real-time networks and allows for testing and verifying the programming of real-time devices.
@inproceedings{mhks-dpcbm-19, author = {Meyer, Philipp and H{\"a}ckel, Timo and Korf, Franz and Schmidt, Thomas C.}, editor = {Zongo, Meyo and Virdis, Antonio and Vesely, Vladimir and Vatandas, Zeynep and Udugama, Asanga and Kuladinithi, Koojana and Kirsche, Michael and F{\"o}rster, Anna}, title = {{DoS Protection through Credit Based Metering - Simulation-Based Evaluation for Time-Sensitive Networking in Cars}}, booktitle = {Proceedings of the 6th International OMNeT++ Community Summit 2019}, month = dec, year = {2019}, pages = {52--59}, volume = {66}, publisher = {EasyChair}, url = {https://easychair.org/publications/paper/BtKC}, issn = {2398-7340}, doi = {10.29007/pxrk}, eprinttype = {arxiv}, eprint = {1908.09646}, series = {EPiC Series in Computing}, bibsource = {EasyChair, https://easychair.org}, groups = {own, publications, simulation, omnet}, langid = {english} }
Ethernet is the most promising solution to reduce complexity and enhance the bandwidth in the next generation in-car networks. Dedicated Ethernet protocols enable the real-time aspects in such networks. One promising candidate is the IEEE 802.1Q Time-Sensitive Networking protocol suite. Common Ethernet technologies, however, increases the vulnerability of the car infrastructure as they widen the attack surface for many components. In this paper proposes an IEEE 802.1Qci based algorithm that on the one hand, protects against DoS attacks by metering incoming Ethernet frames. On the other hand, it adapts to the behavior of the Credit Based Shaping algorithm, which was standardized for Audio/Video Bridging, the predecessor of Time-Sensitive Networking. A simulation of this proposed Credit Based Metering algorithm evaluates the concept.
@techreport{s-svvmz-19, author = {Schumacher, Wilhelm}, title = {{Simulationsbasierter Vergleich von Methoden zur Anomaly Detection im Netzwerk des Fahrzeugs - Grundprojekt}}, month = oct, year = {2019}, institution = {CoRE Research Group, Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, groups = {own, seminar, security}, langid = {ngerman} }
Mit dem immer weiter voranschreitenden Ausbau der Kommunikation im internen Netzwerkes des Autos, wie zum Beispiel der Einführung von Echtzeit-Ethernet mit TSN im zentralen Backbone des Netzes und auf lange Sicht die Entwicklung hin zu einem flachen Ethernet-Netzwerk, steigt auch gleichzeitig der Bedarf an IT Security Konzepten im Auto. Zusätzlich erfolgt im Moment eine Ö ffnung des internen Netzes hinzu vermehrter Kommunikation mit der Außenwelt. Ein Security Konzept, das in diesem Kontext im Moment wachsende Aufmerksamkeit erhält, ist die Entdeckung von Angriffen durch Anomalieerkennung. Unterschiedliche Verfahren zur Anomalieerkennung werden bereits in anderen Domänen wie zum Beispiel bei der Erkennung von Kreditkartenbetrug, im medizinischen Bereich, für Fehlererkennungen im Raumschiff oder klassisch für Intrusion Detection Systeme, die Angriffe auf Netzwerke entdecken sollen, erfolgreich eingesetzt. Das langfristige Ziel ist es Herauszufinden, wie praktikabel der Einsatz von Anomalieerkennung im Fahrzeug ist und welche der bekannten Algorithmen besonders gut für die Erkennung von Anomalien innerhalb der Automotive Security Domäne geeignet sind. Diese Ausarbeitung gibt erstmal einen geordneten Überblick zu den Methoden der Anomalieerkennung. Anschließend ist das Ziel dieser Ausarbeitung innerhalb des Simulations- Framework OMNeT++ (Objective Modular Network Testbed in C++) in einem beispielhaften modellierten Fahrzeug-Netzwerk Basisalgorithmen zur Anomalieerkennung aus unterschiedlichen Kategorien miteinander zu vergleichen. Dafür werden nach einer kurzen Lernphase mit normalen Daten verschiedene Angriffsszenarien durchgeführt werden, die anschließend durch die Algorithmen korrekt erkannt werden müssen.
@article{s-enafr-19, author = {Steinbach, Till}, title = {Ethernet-based Network Architectures for Future Real-time Systems in the Car}, journal = {ATZ worldwide}, month = jul, year = {2019}, pages = {72--77}, volume = {121}, number = {7}, url = {https://doi.org/10.1007/s38311-019-0071-x}, issn = {2192-9076}, doi = {10.1007/s38311-019-0071-x}, day = {01}, groups = {own, publications}, langid = {english} }
@article{s-enkea-19, author = {Steinbach, Till}, title = {Ethernet-basierte Netzwerkarchitekturen f{\"u}r k{\"u}nftige Echtzeitsysteme im Automobil}, journal = {ATZ - Automobiltechnische Zeitschrift}, month = jul, year = {2019}, pages = {86--91}, volume = {121}, number = {7}, url = {https://doi.org/10.1007/s35148-019-0071-6}, issn = {2192-8800}, doi = {10.1007/s35148-019-0071-6}, day = {01}, groups = {own, publications}, langid = {ngerman} }
@mastersthesis{h-egkfe-19, author = {H{\"o}wer, Moritz}, title = {Effiziente GPU-basierte Klassifizierung von Fahrspuren auf eingebetteten Echtzeitsystemen}, month = jun, year = {2019}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {bachelorsthesis}, entrysubtype = {bachelorsthesis}, groups = {own, thesis}, langid = {ngerman} }
In dieser Arbeit wird ein Algorithmus zur Erkennung und Klassifizierung von Fahr- spurmarkierungen aus LiDAR-Daten entwickelt. Damit dieser für die Umsetzung eines Autobahnpiloten genutzt werden kann, muss er robust sein und außerdem in Echtzeit auf einer NVIDIA AGX Xavier Platform laufen. Um dies zu erreichen wird der Algorithmus auf einer GPU beschleunigt und optimiert. Die mittlere Laufzeit konnte dabei auf 7 ms reduziert werden, ohne Robustheit einzubüßen. Es wird darauf geachtet, dass der Algorithmus leicht erweiterbar ist und schnell an veränderte Voraussetzungen angepasst werden kann.
@mastersthesis{m-paakb-19, author = {Melkonyan, Anushavan}, title = {Prototyp-basierte Analyse eines automobilen Kommunikations-Backbones am Beispiel einer Steer-by-Wire-Anwendung}, month = jun, year = {2019}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {bachelorsthesis}, entrysubtype = {bachelorsthesis}, groups = {own, thesis, tsn}, langid = {ngerman} }
Das Ziel dieser Bachelorarbeit ist die prototyp-basierte Analyse eines TSN-Kommunikations- Backbones am Beispiel einer Steer-by-Wire-Anwendung. Anhand der Virtual Local Area Networks (VLAN) soll untersucht werden, wie sich die Kommunikation in einem gemeinsamen Netzwerk sowohl zwischen priorisierten echtzeitbasierten Anwendungen als auch nicht-priorisierten echtzeitbasierten Anwendungen verhält. Es soll dabei analysiert werden, ob der nicht-priorisierte zeitkritische Cross-Traffic Auswirkung auf die Echtzeitfähigkeit des Systems hat. Des Weiteren wird geprüft, ob die priorisierten Nachrichten durch den Cross-Traffic beeinflusst werden. Dazu werden die Latenz sowie der daraus berechnete Jitter untersucht.
@techreport{s-kvalg-19, author = {Szancer, Sebastian}, title = {{Konzept eines V2X Application-Level Gateways - Hauptseminar}}, month = may, year = {2019}, institution = {CoRE Research Group, Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, groups = {own, seminar, security}, langid = {ngerman} }
Moderne Fahrzeuge sind heute Teilnehmer in diversen Netzwerken, von VANETs (Vehicular ad-hoc Networks) bis hin zum Internet. Sie kommunizieren mit anderen Fahrzeugen, der Infrastruktur, wie z.B. Ampeln und mit Services in der Cloud. Diese V2X Kommunikation ist von zentraler Bedeutung für die Einführung von innovativen Funktionen wie “over the air“ ECU Software Updates, optimaler Navigation und Routenplanung oder autonomem koordinierten Fahren. Es ist zwingend notwendig, dass die V2X Kommunikation entsprechend abgesichert wird, da sie sicherheitskritische Funktionen umfasst. Die Absicherung geschieht durch ein V2X Security Gateway im Fahrzeug, welches den Fahrzeug-internen Diensten, die mit der Außenwelt kommunizieren, als Proxy dient und sowohl die kryptografische Sicherheit, als auch die Sicherheit auf dem Internet-, Transport- und Application-Layer gewährleistet. Die zentrale Komponente eines solchen V2X Security Gateways ist das V2X Application-Level Gateway, welches die Proxy-Funktion, die kryptografische Sicherheit und Sicherheit auf dem Application-Layer realisiert. Diese Arbeit stellt das Konzept eines solchen V2X Application-Level Gateways für IP-basierten Traffic vor.
@inproceedings{hmks-snsti-19, author = {H{\"a}ckel, Timo and Meyer, Philipp and Korf, Franz and Schmidt, Thomas C.}, title = {{Software-Defined Networks Supporting Time-Sensitive In-Vehicular Communication}}, booktitle = {2019 IEEE 89th Vehicular Technology Conference (VTC2019-Spring)}, location = {Kuala Lumpur, Malaysia}, month = apr, year = {2019}, pages = {1--5}, publisher = {IEEE Press}, address = {Piscataway, NJ, USA}, issn = {1090-3038}, doi = {10.1109/VTCSpring.2019.8746473}, eprinttype = {arxiv}, eprint = {1903.08039}, keywords = {IEEE standards;local area networks;protocols;software defined networking;telecommunication traffic;vehicular ad hoc networks;future in-vehicular networks;real-time requirements;future car communication;Ethernet control plane;time-critical applications;software-defined networks;software-defined networking;time-sensitive in-vehicular communication;IEEE time-sensitive networking;programming option;SDN architecture;TSN traffic;Control systems;Real-time systems;Standards;Ethernet;Security;Automotive engineering;Robustness}, groups = {own, publications, simulation, tsn, security, sdn}, langid = {english} }
Future in-vehicular networks will be based on Ethernet. The IEEE Time-Sensitive Networking (TSN) is a promising candidate to satisfy real-time requirements in future car communication. Software-Defined Networking (SDN) extends the Ethernet control plane with a programming option that can add much value to the resilience, security, and adaptivity of the automotive environment. In this work, we derive a first concept for combining Software-Defined Networking with Time-Sensitive Networking along with an initial evaluation. Our measurements are performed via a simulation that investigates whether an SDN architecture is suitable for time-critical applications in the car. Our findings indicate that the advanced control overhead of SDN can be added without a delay penalty for the TSN traffic when protocols are mapped properly.
@techreport{s-uczna-19, author = {Sch{\"a}ufler, Jonas}, title = {{Ausgew{\"a}hlte sicherheitsrelevante Use-Cases einer zonen-basierten autmotive Netzwerk Architektur - Grundprojekt}}, month = mar, year = {2019}, institution = {CoRE Research Group, Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, groups = {own, seminar, security}, langid = {ngerman} }
@incollection{mkss-smcin-19, author = {Meyer, Philipp and Korf, Franz and Steinbach, Till and Schmidt, Thomas C}, title = {{Simulation of Mixed Critical In-vehicular Networks}}, booktitle = {Recent Advances in Network Simulation}, year = {2019}, pages = {317--345}, publisher = {Springer}, url = {https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-030-12842-5\_10}, eprinttype = {arxiv}, eprint = {1808.03081}, groups = {own, publications, simulation, qos, tsn}, langid = {english} }
Future automotive applications ranging from advanced driver assistance to autonomous driving will largely increase demands on in-vehicular networks. Data flows of high bandwidth or low latency requirements, but in particular many additional communication relations will introduce a new level of complexity to the in-car communication system. It is expected that future communication backbones which interconnect sensors and actuators with Electronic Control Units (ECUs) in cars will be built on Ethernet technologies. However, signaling from different application domains demands for network services of tailored attributes, including real-time transmission protocols as defined in the Time-Sensitive Networking (TSN) Ethernet extensions. These Quality of Service (QoS) constraints will increase network complexity even further. Event-based simulation is a key technology to master the challenges of an in-car network design. This chapter introduces the domain-specific aspects and simulation models for in-vehicular networks and presents an overview of the car-centric network design process. Starting from a domain-specific description language, we cover the corresponding simulation models with their workflows and apply our approach to a related case study for an in-car network of a premium car.
@mastersthesis{b-eksws-18, author = {Buhk, Alexander}, title = {{Analyse, Umsetzung und Evaluation der Kommunikation eines SCADA Systems mit einer Windparksimulation}}, month = dec, year = {2018}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {bachelorsthesis}, entrysubtype = {bachelorsthesis}, groups = {own, thesis, simulation}, langid = {ngerman} }
@mastersthesis{s-asmba-18, author = {Schmidt, Michael}, title = {{Ein AVB-Stack f{\"u}r Mikrocontroller basierte automotive Anwendungen}}, month = oct, year = {2018}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {bachelorsthesis}, entrysubtype = {bachelorsthesis}, groups = {own, thesis}, langid = {ngerman} }
Die Anzahl und Komplexitfät heute verbauter elektronischer Endgerfäte nimmt stetig zu und traditionelle Bussysteme stofßen an ihre Grenzen. Eine Lfösung ist das Audio/Video-Bridging Protokoll. Es ermföglicht eine dynamische Konfiguration. Diese erlaubt es wfährend des Betriebs Netzwerkknoten hinzuzuffügen oder zu entfernen. Diese Arbeit bietet ein Umsetzungskonzept und dessen Implementierung für einen AVB-Stack. Die Implementierung mit Tests evaluiert und auftretetende Probleme werden besprochen. ...
@techreport{s-avasg-18, author = {Szancer, Sebastian}, title = {{Architektur eines V2X Automotive Security Gateways - Grundprojekt}}, month = oct, year = {2018}, institution = {CoRE Research Group, Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, groups = {own, seminar, security}, langid = {ngerman} }
Die Kommunikation moderner Fahrzeuge mit der Außenwelt spielt eine zunehmend größere Rolle. Neben physikalischen Schnittstellen, wie z.B. USB, besitzt das moderne Fahrzeug ein Connectivity-Gateway für Over-The-Air-Verbindungen, welche über unterschiedliche Technologien wie WLAN, Bluetooth, oder LTE und zukünftig auch 5G hergestellt werden. Über dieses Gateway wird das Fahrzeug zum Teilnehmer in diversen Netzwerken, wozu neben dem Internet vor allem VANETs für V2X Kommunikation zählen. Die Kommunikation über das Gateway muss entsprechend abgesichert werden. Dies passiert über ein Security-Gateway, welches Teil des Connectivity-Gateways ist. Diese Arbeit gibt einen Überblick über die externe Fahrzeug-Kommunikation und leitet ausgehend davon die Anforderungen an ein Automotive Security-Gateway ab. Dazu zählt neben funktionalen Anforderungen wie der Überprüfung des Datenverkehrs, kryptographischer Funktionalität, oder der Proxy-Funktion zwischen internen Diensten und der Außenwelt, die Echtzeitfähigkeit. In dieser Arbeit werden auch die Konzepte des Security-Gateways und des Intrusion Detection Systems aus der klassischen IT-Security vorgestellt. Basierend darauf wird eine Architektur für ein Automotive Security-Gateway entwickelt.
@book{s-ebfze-18, author = {Steinbach, Till}, title = {{Ethernet-basierte Fahrzeugnetzwerkarchitekturen f{\"u}r zuk{\"u}nftige Echtzeitsysteme im Automobil}}, month = oct, year = {2018}, publisher = {Springer Vieweg}, address = {Wiesbaden}, isbn = {978-3-658-23499-7}, doi = {10.1007/978-3-658-23500-0}, groups = {own, publications, simulation}, langid = {ngerman} }
Das Fahrzeugkommunikationsnetzwerk von Automobilen befindet sich derzeit in einem starken Wandel. Neue Anwendungen aus den Bereichen der Fahrerassistenzsysteme und des Infotainments sowie insbesondere das automatisierte und autonome Fahren haben einen weit höheren Bedarf an leistungsfähigen Kommunikationsverbindungen, als die bisher im Automobil eingesetzten Technologien garantieren können. Dies gilt insbesondere für neue Sensorik wie beispielsweise Kameras, Radar und Laser-Scanner, welche die Umwelt mit einem hohen Detailgrad aufzeichnen und dafür höhere Bandbreiten als bisherige Systeme übertragen müssen. Echtzeit-Ethernet ist die favorisierte Lösung für die Herausforderungen zukünftiger Fahrzeugnetzwerke; es wurden jedoch, trotz des Bekenntnisses großer Automobilhersteller zu Automotive-Ethernet, bisher keine umfassenden und auf realistischen Datenverkehrsmodellen basierenden Architekturanalysen durchgeführt.\{Die vorliegende Arbeit leistet einen Beitrag zum Design und zur Bewertung neuer Ethernet-basierter Fahrzeugnetzwerkarchitekturen. Sie liefert Werkzeuge für die simulationsbasierte Analyse und Beurteilung von Netzwerkarchitekturen und evaluiert anhand konkreter Anwendungen, beispielsweise aus dem Bereich der Sensorfusion, und realistischer auf realen Verkehrsdaten aufbauender Szenarien mögliche Netzwerkdesigns und Konfigurationen. Dabei wird auch der schrittweiser Übergang von Legacy-Technologien hin zu einem rein Echtzeit-Ethernet-basierten Fahrzeugnetzwerk berücksichtigt. Ein schrittweise Migrationspfad ist eine wichtige Anforderung für einen erfolgreichen Einsatz im Automobil. Auf Basis der hierbei aus analytischen Modellen sowie Simulationsstudien und einem realen Fahrzeugprototyp gewonnenen Erkenntnisse werden Designempfehlungen für die Entwicklung zukünftiger Ethernet-basierter Fahrzeugnetzwerke ausgesprochen.\{Methodisch kommt in der vorliegenden Arbeit insbesondere die Netzwerksimulation zum Einsatz. Für die Bewertung neuer Fahrzeugnetzwerkarchitekturen werden Werkzeuge zur Simulation und Analyse zukünftiger heterogener Echtzeit-Ethernet-Backbones entwickelt. Damit stellt die Arbeit eine leistungsfähige Open-Source-Simulationsumgebung für die Analyse zukünftiger Fahrzeugnetzwerke bereit, welche in Forschung und Entwicklung frei verwendet und weiterentwickelt werden kann. Mithilfe eines Prototypfahrzeugs werden die in der Simulation sowie in analytischen Modellen untersuchten Aspekte in einer realen Fahrzeugumgebung überprüft. Die Untersuchung im Prototyp weist die Realisierbarkeit der entwickelten Ansätze nach und zeigt auf, an welcher Stelle Herausforderungen und Handlungsbedarfe bei der Implementierung der entwickelten Konzepte bestehen.\{Die Ergebnisse der Untersuchung führen zu Designempfehlungen und Best Practices für zukünftige Backbone-Netzwerke im Automobil. Diese umfassen unter anderem das Kommunikationsdesign, den Einsatz von Echtzeitverkehrsklassen, die Optimierung von Hintergrunddatenverkehr und die Entwicklung geeigneter Netzwerktopologien. Es wird gezeigt, dass sich die im Backbone-Netzwerk erreichbaren Kennzahlen unter Einhaltung der Designempfehlungen um ein Vielfaches verbessern lassen.
@mastersthesis{m-obskf-18, author = {Malsch, Michael}, title = {{OMNeT++ basierte Simulation der Kommunikationsinfrastruktur im Flugzeug}}, month = jul, year = {2018}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {bachelorsthesis}, entrysubtype = {bachelorsthesis}, groups = {own, thesis, simulation, omnet}, langid = {ngerman} }
Diese Bachelorarbeit simuliert die Kommunikationsinfrastruktur im Flugzeug. Für die Simulation der Kommunikationsinfrastruktur wird ein Flugzeugnetzwerk und eine Kommunikations-Matrix entwickelt. Mit Hilfe der Simulationsumgebung OMNeT++ und dem CoRE4INET Framework, welches Time-Triggered Ethernet implementiert, wird das Flugzeugnetzwerk mit der Kommunikations-Matrix analysiert, evaluiert und bewertet.
@mastersthesis{h-akuvd-18, author = {H{\"a}ckel, Timo}, title = {{Automobile Kommunikationsarchitekturen zur Unterst{\"u}tzung von Dienstg{\"u}tevereinbarungen}}, month = jun, year = {2018}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {mastersthesis}, entrysubtype = {mastersthesis}, groups = {own, thesis, simulation}, langid = {ngerman} }
Die Einführung neuer Funktionen im Auto, von Fahrassistenzsystemen über Connected Cars bis hin zum autonomen Fahren bringt Herausforderungen für die Kommunikationsarchitektur im Auto mit sich. Dazu gehören steigender Bandbreitenbedarf, größere Vernetzung von Komponenten und die Öffnung des Autonetzes zum Internet of Things. Diese können durch die Einführung einer neuen zentralisierten dienstorientierten Kommunikationsarchitektur gelöst werden. Da im Kommunikationsnetz des Autos Dienste mit verschiedensten Anforderungen an die Kommunikationsarchitekturen existieren, ist die Vereinbarung von Dienstgüte ein zentraler Aspekt. In dieser Arbeit werden die verschiedenen Aspekte einer Kommunikationsarchitektur zur Unterstützung von Dienstgüte analysiert. Auf dieser Basis wird ein Konzept für eine Middleware zur dienstorientierten Kommunikation im Auto entworfen und in der Simulation mit Beispielszenarien evaluiert.
@mastersthesis{m-ifeef-18, author = {Meyer, Philipp}, title = {{Informationssicherheit f{\"u}r Echtzeit-Ethernet-Fahrzeugnetzwerke}}, month = jun, year = {2018}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {mastersthesis}, entrysubtype = {mastersthesis}, groups = {own, thesis, simulation}, langid = {ngerman} }
Heutige Fahrzeugnetzwerke, bestehend aus heterogenen Feldbussen, verbinden eine Vielzahl von Steuergeräten. Diese Steuergeräte sind heute angreifbar und können nach Kompromittierung genutzt werden, um die gesamte Kommunikation zu manipulieren. In Zukunft werden Ethernet-Netzwerke die Feldbusse Schritt für Schritt ersetzen. Echtzeit-Ethernet-Protokolle sollen die Funktionssicherheit des Kommunikationssystems gewährleisten. In dieser Arbeit werden die Echtzeit-Ethernet-Protokolle Time-Triggered Ethernet, Audio Video Bridging und Time-Sensitive Networking einer Sicherheitsanalyse unterzogen. Für ermittelte Schwachstellen werden Anforderungen entwickelt und bewertet. Im nächsten Schritt werden Schutzkonzepte erarbeitet, die diese Anforderungen erfüllen können. Ausgewählte Teile der Schutzkonzepte werden in einer Simulationsumgebung implementiert und abschließend in einer simulationsbasierten Fallstudie analysiert.
@mastersthesis{m-ppsbe-18, author = {M{\"u}ller, Kai}, title = {{Ein Peer-to-Peer-basierter Synchronisationsalgorithmus am Beispiel von Ethernet}}, month = may, year = {2018}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {mastersthesis}, entrysubtype = {mastersthesis}, groups = {own, thesis, clock-sync, synchronization}, langid = {ngerman} }
Der Einsatz von echtzeitfähigen Netzwerken nimmt mehr und mehr zu. Unterschiedliche Industriezweige wie dem Automotive Bereich oder der Medizintechnik erwägen diese Technologie in vielen Bereiche einzusetzen, da die ursprünglichen Bussysteme bereits an ihre Grenzen stossen oder dies in naher Zukunft zu erwarten ist. Zudem können erweiterte Funktionen umgesetzt werden, für die die zur Zeit bereitgestellten Leistungen nicht ausreichen. Bisherige Synchronisationsalgorithmen verfolgen ein standardisiertes Master-Slave-Prinzip und weisen so in Hinblick auf Single Point of Failure und Unterstützung von Energiesparfunktionen erhöhten Planungsbedarf und Kostenaufwand auf. Ein neuer auf Peer-to-Peer basierender Ansatz könnte diese Probleme durch seine Architektur auffangen und dadurch Komplexität reduzieren und Wartungs- und Produktionskosten einsparen.
@techreport{h-msoda-18, author = {H{\"a}ckel, Timo}, title = {{A Middleware Solution for Open and Dynamic ICT Architectures in Future Cars - Hauptprojekt}}, month = apr, year = {2018}, institution = {CoRE Research Group, Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, groups = {own, seminar, simulation, omnet, qos}, langid = {english} }
The Information and Communication Technology (ICT) of today’s vehicles is currently experiencing a major revision. With the introduction of a centralised communication medium and the Service-Oriented-Architecture (SOA) paradigm, the automotive industry adopts the challenges posed by connected cars and autonomous driving. In novel SOA based ICT architectures the communication middleware for services plays an important role, as it enables services to exchange messages. This paper names the key aspects of such a middleware and specifies our solution. We design a Service-Oriented Architecture based middleware that supports Quality-of-Service (QoS) policies to define the requirements on a connection. Finally, we describe our realisation in the simulation environment OMNeT++.
@inproceedings{smk-mstst-18, author = {Szancer, Sebastian and Meyer, Philipp and Korf, Franz}, editor = {F{\"o}rster, Anna and Udugama, Asanga and Virdis, Antonio and Nardini, Giovanni}, title = {{Migration from SERCOS III to TSN - Simulation Based Comparison of TDMA and CBS Transportation}}, booktitle = {Proceedings of the 5th International OMNeT++ Community Summit}, year = {2018}, pages = {52--62}, volume = {56}, publisher = {EasyChair}, url = {https://easychair.org/publications/paper/ZJpT}, issn = {2398-7340}, doi = {10.29007/c5td}, series = {EPiC Series in Computing}, bibsource = {EasyChair, https://easychair.org}, groups = {own, publications, simulation, omnet, tsn}, langid = {english} }
The communication infrastructure of industrial plants, vehicles and many other appli- cations must provide more and more bandwidth, sometimes with strict timing requirements for the transmission of critical data. Time-Sensitive Networking (TSN) is a set of IEEE 802 Ethernet sub-standards that meet these requirements for a wide range of applications and communication requirements. Market relevance of TSN increases in different sectors. On the other hand, SERCOS III is an established Ethernet-based communication standard, which is used in particular in the field of industrial plants. With cost and limitations of SERCOS III in mind, this paper examines the migration from SERCOS III Time Division Multiple Access (TDMA) communication on the one side to Credit Based Shaping (CBS) communication on the other side. TSN supports both mechanisms. The analyses are per- formed with OMNeT++ simulation models. Migration recommendations are derived from the comparison of TDMA- and CBS-based transportation of SERCOS III traffic.
@mastersthesis{b-vdktf-17, author = {Burchard, Benjamin}, title = {{Evaluation und Analyse von Visualisierungstechniken f{\"u}r Kommunikationsdaten im Fahrzeug}}, month = nov, year = {2017}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {mastersthesis}, entrysubtype = {mastersthesis}, groups = {own, thesis}, langid = {ngerman} }
In automobilen Fahrzeugnetze gibt es einen Trend hin zu einem steigenden Datenkommunikationsvolumen. Mehr Datenkommunikation bedeutet ebenfalls, dass mehr Daten anfallen die Analysiert werden müssen um Muster, Fehler und mögliches Verbesserungspotenzial zu erkennen. Zur Analyse dieser großen Datenmengen bedarf es neuartiger Visualisierungstechniken. In dieser Arbeit werden Visualisierungstechniken evaluiert und auf die Anforderungen im Automotive Netzwerk hin überprüft.
@techreport{m-sepct-17, author = {Meyer, Philipp}, title = {{Simulation-based Evaluation of DoS Protection through Credit Based Metering in Time Sensitive Networking In-Car Networks}}, month = nov, year = {2017}, institution = {CoRE Research Group, Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, groups = {own, seminar, simulation}, langid = {english} }
Ethernet is the most promising solution to reduce complexity and enhance the bandwidth in the next generation incar networks. The real-time aspects in such networks are becoming possible through special Ethernet protocols. On promising candidate is the IEEE 802.1 Time Sensitive Networking protocol suite. However, the common Ethernet technology increases the vulnerability of the cars infrastructure. In this paper an algorithm is proposed which on the one hand provide protection against DoS attacks on switches by metering incoming Ethernet frames. And on the other hand adapts to the behaviour of the Credit Based Shaping algorithm which was firstly standardized in the Time Sensitive Networking predecessor Audio/Video Bridging. A simulation of this proposed Credit Based Metering algorithm evaluates the concept.
@mastersthesis{s-ossti-17, author = {Szancer, Sebastian}, title = {{Ein OMNeT++ Simulationsmodell f{\"u}r SERCOS III mit TSN Interface}}, month = oct, year = {2017}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {bachelorsthesis}, entrysubtype = {bachelorsthesis}, groups = {own, thesis, simulation, omnet, tsn}, langid = {ngerman} }
Ob in Industrie-Anlagen, im Auto, im Flugzeug oder im Schiff: überall ist durch den vermehrten Einbau von neuen Komponenten, wie z.B. Sensoren und deren Vernetzung immer mehr Kommunikation, insbesondere Echtzeit-Kommunikation, erforderlich. Eine Technologie mit der die modernen Anforderungen an die Kommunikation erfüllt werden können, ist Echtzeit-Ethernet. SERCOS III ist ein Echtzeit-Ethernet Protokoll zur Realisierung von Echtzeit-Kommunikation über Ethernet. Allerdings unterliegt der Einsatz von SERCOS III bestimmten Einschränkungen, vor allem hinsichtlich der Netzwerktopologie. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Abbildung von SERCOS III auf TSN mit dem Ziel, diese Einschränkungen aufzuheben und den Einsatz von SERCOS III in heterogenen Netzwerken mit komplexen Topologien zu ermöglichen. Realisiert wird dies mit einem OMNeT++ Simulationsmodell. Basierend auf dem Framework CoRE4INET wird ein SERCOS III Simulationsmodell mit TSN Interface erstellt, mit dem die Abbildung von SERCOS III auf TSN mit Hilfe von ausgewählten Fallbeispielen untersucht wird.
@mastersthesis{p-mdeek-17, author = {Phieler, Stephan}, title = {{Misuse Detection f{\"u}r Echtzeit Ethernet basierte Kommunikationssysteme}}, month = aug, year = {2017}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {mastersthesis}, entrysubtype = {mastersthesis}, groups = {own, thesis}, langid = {ngerman} }
Das Time-Triggered-Ethernet (TTE) ist eine fehlertolerante Netzwerktechnologie, welche fast alle Anforderungen zukünftiger Bordnetze erfüllt. Die Informationssicherheit ist eine Anforderung, die nicht erfüllt wird. Analysen der Entwickler haben die Schwachstellen bereits benannt. Harte Echtzeitanforderungen und limitierte Ressourcen machen den Einsatz kryptographischer Verfahren zur Signierung oder Verschlüsselung aber teilweise unmöglich. Um trotzdem auf Angriffe auf die Informationssicherheit reagieren zu können, kommt eine Überwachung durch ein Intrusion Detection System (IDS) in Betracht. In dieser Arbeit wird ein Konzept für die Überwachung des TTEs mit Hilfe einer Misuse Detection (MD) vorgestellt, welche für die Beschreibung der Angriffe Signaturnetze verwendet.
@mastersthesis{g-suees-17, author = {G{\"u}ldener, Arne}, title = {{SNMP-{\"U}berwachung eingebetteter Echtzeit-Ethernet-Systeme im Fahrzeug}}, month = jul, year = {2017}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {bachelorsthesis}, entrysubtype = {bachelorsthesis}, groups = {own, thesis}, langid = {ngerman} }
Diese Bachelorarbeit befasst sich mit der Implementierung des Netzwerküberwachungsprotokolls ,,Simple Network Management Protocol“ in einem Echtzeit-Ethernet-Backbone eines Fahrzeugs der CoRE-Research-Group. Zur Überwachung eigendefinierter Werte wurde zur Management Information Base ein Modul definiert. Es werden folgende Werte überwacht: CPU-Temperatur, CPU-, Arbeitsspeicher- und Netzwerk-Auslastung sowie Strom- und Spannungswerte. DesWeiteren wurde an einem zu überwachendem Gerät ein zusätzliches Hardware- Board zur Nachrüstung zusätzlicher Sensoren für Strom- und Temperaturmessung gefertigt.
@techreport{h-scifv-17, author = {H{\"a}ckel, Timo}, title = {{Service Classification in Service-Oriented ICT Architectures of Future Vehicles - Hauptseminar}}, month = jul, year = {2017}, institution = {CoRE Research Group, Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, groups = {own, seminar}, langid = {english} }
The Information and Communication Technology (ICT) of today’s vehicles is currently experiencing a major revision. With the introduction of a centralised communication medium and the Service-Oriented-Architecture (SOA) paradigm, the automotive industry adopts the challenges posed by connected cars and autonomous driving. In novel SOA based ICT architectures the communication middleware for services plays an important role, as it enables services to exchange messages. To design such a middleware it is important to know which services will communicate and what their requirements are. Therefore, this paper provides classification criteria for automotive services. Building on these criteria we describe a meta-data based approach to manage service communication via a middleware.
@techreport{m-patnc-17, author = {Meyer, Philipp}, title = {{Preventing DoS Attacks in Time Sensitive Networking In-Car Networks through Credit Based ingress Metering}}, month = jun, year = {2017}, institution = {CoRE Research Group, Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, groups = {own, seminar}, langid = {english} }
Ethernet is the most promising solution to reduce complexity and enhance the bandwidth in the next generation incar networks. The real-time aspects in such networks are becoming possible through special Ethernet protocols. On promising candidate is the IEEE 802.1 Time Sensitive Networking protocol suite. However, the common Ethernet technology increases the vulnerability of the cars infrastructure. In this paper an algorithm is proposed which on the one hand provide protection against DoS attacks on switches by metering incoming Ethernet frames. And on the other hand adapts to the behaviour of the Credit Based Shaping algorithm which was firstly standardized in the Time Sensitive Networking predecessor Audio/Video Bridging. The evaluation of this proposed Credit Based Metering algorithm is evaluated on a state machine implementation.
@mastersthesis{b-arkia-17, author = {Buschmann, Stefan}, title = {{Analyse redundanter Kommunikationsarchitekturen im Automobil}}, month = may, year = {2017}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {mastersthesis}, entrysubtype = {mastersthesis}, groups = {own, thesis}, langid = {ngerman} }
Steigende Anforderungen an die Kommunikationssysteme im Automobil erfordern die Entwicklung und Einführung neuer Kommunikationstechnologien, da vorhandene Bussysteme diese nicht mehr erfüllen können. Um sicherheitskritische Funktionen realisieren zu können bedarf es einer sicheren und zuverlässigen Kommunikation. Mögliche Kandidaten sind um Echtzeitfähigkeit weiterentwickelte Ethernet-Technologien wie Time-Triggered Ethernet oder Audio Video Bridging. Um diese Netzwerke weiter abzusichern bietet sich der Einsatz von Redundanz an. Damit ist es möglich das System noch robuster gegen Fehler und Störungen zu machen. Um diese Redundanzkonzepte zu analysieren bietet sich die Fehlerbaumanalyse an.
@techreport{h-scsoa-17, author = {H{\"a}ckel, Timo}, title = {{Service Classification in Service-Oriented ICT Architectures of Future Vehicles - Grundprojekt}}, month = may, year = {2017}, institution = {CoRE Research Group, Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, groups = {own, seminar}, langid = {english} }
Information and communication technology (ICT) is already a major driver in the automotive industry. Most of the new features and innovations over the past 10 years were enabled by ICT, still the usage of ICT in today’s vehicles lacks behind it’s possibilities. By introducing new service-oriented ICT architectures for future vehicles the industry tries to simplify the development and verification process as well as enabling Plug&Play capabilities in cars. As the current discussion shows, these new architectures will be built-on centralised computing units with high processing power using only one communication medium. Software components will be running as services inside and outside of the vehicular network. As this is a revolution in automotive software development, this paper gives an overview of the state of the art in research and industry regarding the design and deployment of novel ICT architectures. Based on this survey we extract the key attributes for service classification in the automotive domain and give an example on how to use this classification to control the communication between services, by arranging them accordingly.
@mastersthesis{w-rcega-17, author = {Wendt, Lukas}, title = {{Effiziente regelbasierte CAN-Ethernet Gateways im Automotivebereich}}, month = apr, year = {2017}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {bachelorsthesis}, entrysubtype = {bachelorsthesis}, groups = {own, thesis}, langid = {ngerman} }
Im Automotivebereich werden häufig Feldbusse wie der CAN-Bus verwendet, die über ein zentrales Gateway miteinander verbunden sind. Alternativ dazu könnten mehrere CAN-Ethernet Gateways diese CAN-Busse über einen Ethernet-Backbone verbinden. So ist es möglich, vorhandene CAN-Steuergeräte an einem Ethernet-Backbone weiter zu verwenden. Ein solches CAN-Ethernet Gateway wird entwickelt, iterativ optimiert und im Hinblick auf seine Effzienz mit alternativen Gateways verglichen. Um die Ausführungsdauer klein zu halten, wird zusätzlich ein Code Generator entwickelt, der die Konfiguration (Regelwerk) einliest und daraus einen minimalistischen Gateway-Quellcode erstellt. Eine Validierung im Prototypenfahrzeug liefert Messergebnisse aus dem realen Einsatz und belegt die Funktionstüchtigkeit. Es wird gezeigt, dass die Übertragung eines CAN-Frames über Ethernet von einem zu einem anderen CAN-Bus mit der gleichen Effzienz möglich ist wie mit einem zentralen CAN-Gateway
@mastersthesis{e-ntags-17, author = {Engler, Jonas}, title = {{Network-Calculus-basierte Timing-Analyse mit Generierung von angen{\"a}herten Worst-Case-Simulationsszenarien f{\"u}r IEEE 802.1 TSN-Netzwerke}}, month = jan, year = {2017}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {mastersthesis}, entrysubtype = {mastersthesis}, groups = {own, thesis, simulation, tsn}, langid = {ngerman} }
Diese Abschlussarbeit ist auf Worst-Case-Latenzen in IEEE 802.1 TSN- und AVB-Netzwerken ausgerichtet. Basierend auf einer vorgenommenen Modellierung von Worst-Case-Szenarien wird mithilfe eines Network-Calculus-Modells für AVB- und TSN-Netzwerke eine Abschätzung für maximale Latenzen vorgenommen. Ein Tool, das ebenfalls auf Basis derWorst-Case-Modelle entwickelt wurde, zeigt, wie realistisch die Abschätzungen sind und zeigt Engpässe in der Planung eines Netzwerkes anhand einer von ihm generierten angepassten Simulation.
@inproceedings{smbk-eotpd-16, author = {Steinbach, Till and Meyer, Philipp and Buschmann, Stefan and Korf, Franz}, editor = {Foerster, Anna and Vesely, Vladim\'{i}r and Virdis, Antonio and Kirsche, Michael}, title = {{Extending OMNeT++ Towards a Platform for the Design of Future In-Vehicle Network Architectures}}, booktitle = {{Proceedings of the 3rd OMNeT++ Community Summit, Brno, Czech Republic, September 15, 2016}}, month = sep, year = {2016}, publisher = {ArXiv e-prints}, eprinttype = {arxiv}, eprint = {1609.05179}, eprintclass = {cs.NI}, groups = {own, publications, omnet}, langid = {english} }
@techreport{h-siffd-16, author = {H{\"a}ckel, Timo}, title = {{Schnittstellen und Interaktionen zwischen fahrer- und fahrzeugbezogenen Diensten - Grundseminar}}, month = jul, year = {2016}, institution = {CoRE Research Group, Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, groups = {own, seminar}, langid = {ngerman} }
Die großen Internet-Unternehmen versuchen das Auto in das Internet of Things zu integrieren. Dies birgt für die Automobilhersteller viele Probleme, die gelöst werden müssen. Unter anderem muss, um diese Integration umzusetzen, eine gut strukturierte Dienste-Architektur aufgebaut werden. In diesem Artikel werden Rechercheergebnisse aus dem Themenbereich Automobil und Dienste gesammelt und in Verbindung gebracht, aber auch die Grundlegenden Quellen wie Konferenzen und damit der aktuelle Stand der Forschung beschrieben.
@inproceedings{jkk-eagms-16, author = {Jungnickel, Ruben and K{\"o}hler, Michael and Korf, Franz}, title = {{Efficient Automotive Grid Maps using a Sensor Ray based Refinement Process}}, booktitle = {IEEE Intelligent Vehicles Symposium (IV)}, location = {Gotenburg, Sweden}, month = jun, year = {2016}, pages = {668--675}, publisher = {IEEE Press}, address = {Piscataway, NJ, USA}, doi = {10.1109/IVS.2016.7535459}, eprinttype = {ieeexplore}, eprint = {7535459}, groups = {own, publications}, langid = {english} }
The occupancy grid mapping technique is widely used for environmental mapping of moving vehicles. Occupancy grid maps with fixed cell size have been extended using the quadtree implementation with adaptive cell size. Adaptive grid maps have proven to be more resource efficient than fixed cell size grid maps. Dynamic cell sizes introduce the necessity of a split and merge process to trigger the refinement of grid cells. This paper presents a novel ray-based refinement process in order to choose the appropriate resolution for the sensor observation. Based on measurement conflicts some approaches use an iterative refinement process until all conflicts are solved. In contrast this paper presents an non-iterative approach based on the sensor resolution. Using the measurement data efficiently we propose an algorithm, which solves the problem of partially free cells in an adaptive grid map. The proposed algorithm is compared against other widely used algorithms and methodologies.
@mastersthesis{b-gezio-16, author = {{El Bebbili}, Nebal}, title = {{Ein graphischer Editor f{\"u}r Zustandsautomaten und dessen Integration in OMNeT++}}, month = may, year = {2016}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {bachelorsthesis}, entrysubtype = {bachelorsthesis}, groups = {own, thesis, simulation, omnet}, langid = {ngerman} }
Die vorliegende Bachelorarbeit befasst sich mit der Visualisierung des Verhaltens der OMNeT++ Komponenten auf Basis von Finite State Machines. Für die Modellierung und die Darstellung der FSMs wird ein Eclipse Plugin entwickelt, welches sich in die OMNeT++ Simulationsumgebung integrieren lässt. Das Plugin stellt einen graphischen Editor zur Verfügung, der auf Basis von GMF entwickelt wurde. Mit diesem Editor lassen sich FSMs modellieren. Außerdem wird aus den modellierten FSMs auf Basis von XSLT ein Implementierungscode generiert. Anschließend werden die modellierten FSMs zur Laufzeit in der OMNeT++ Simulation dargestellt und aktualisiert.
@mastersthesis{m-icosl-16, author = {Mulici, Besnik}, title = {{Integration von CANoe in die OMNeT++ System Level Simulation f{\"u}r automobile Netzwerke}}, month = may, year = {2016}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {bachelorsthesis}, entrysubtype = {bachelorsthesis}, groups = {own, thesis, simulation, omnet}, langid = {ngerman} }
Die heutigen Bussysteme erreichen langsam ihre Grenzen und deswegen sucht die Automobilindustrie nach einem neuen Bussystem, das die steigenden Anforderungen erfüllt. Eine mögliche Technologie, die eine hohe Bandbreite und eine deterministische Echtzeitkommunikation ermöglicht, ist das Time-Triggered-Ethernet. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Integration von CANoe in die OMNeT++ System Level Simulation für automobile Netzwerke. CANoe ist in der Automobilindustrie ein weit verbreitetes Simulationswerkzeug der Firma Vector Informatik GmbH. Die Integration ermöglicht es den Autobauern, in ihrem gewohnten Simulationswerkzeug mit den OMNet++ System Level Simulationsdaten zu arbeiten.
@mastersthesis{m-tvnss-16, author = {Mulici, Burim}, title = {{Topologiebasierte Visualisierung von Netzwerkmetriken der System-Level Simulation}}, month = may, year = {2016}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {bachelorsthesis}, entrysubtype = {bachelorsthesis}, groups = {own, thesis, simulation, omnet}, langid = {ngerman} }
Die vorliegende Bachelorarbeit befasst sich mit der Visualisierung von Netzwerktopologien und Metriken von Echtzeit-Ethernet-Netzwerken. Für die Darstellung der Topologien und Metriken wird der Eclipse Plug-In Topology Analyzer entwickelt, welcher sich in die OMNeT++ Simulationsumgebung integrieren lässt. Das Plug-In muss in der Lage sein, OMNeT++ Netzwerke abzubilden. Um dies zu ermöglichen, muss zunächst die Methode zur Erfassung der Informationen bezüglich der Topologie und der Simulationsergebnisse entschieden werden. Am Ende werden die Ergebnisse der Evaluierung zum Plug-in aufgeführt.
@mastersthesis{k-eeeba-16, author = {Kuncke, Patrick}, title = {{Erprobung von Echtzeit Ethernet basierten Automobil-Gateways in einem Prototypfahrzeug}}, month = apr, year = {2016}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {bachelorsthesis}, entrysubtype = {bachelorsthesis}, groups = {own, thesis}, langid = {ngerman} }
Echtzeit-Ethernet wird schon von vielen Automobil Herstellern selektiv eingesetzt und ist ein vielversprechender Kandidat, um die Kommunikation in zukünftigen Automobilen zu verbessern. An der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg gibt es bereits ein Protoypfahrzeug mit eingebautem Real-Time Ethernet (RTE) Backbone Netzwerk. Diese Arbeit untersucht die Auswirkungen beim Einsatz von RTE Gateways im Prototypfahrzeug, welche für eine sanfte Migrationsstrategie CAN-Nachrichten via RTE Backbone senden. Die Entwicklung eines Konzeptes zum Senden von CAN Nachrichten via des RTE Backbone Netzwerks wird als erster Schritt durchgeführt, welches im Anschluss dann realisiert wird. Dazu werden die bestehenden RTE Gateways im Prototypfahrzeug neu kon guriert und weiterentwickelt um CAN Nachrichten via RTE senden zu können. Anschließend folgen Messungen sowie eine Auswertung der Messdaten, um die Nachrichtenlaufzeit via RTE Backbone Netzwerk beurteilen zu können.
@mastersthesis{r-ebdps-16, author = {Raddatz, Jan}, title = {{Evaluation based design of parallel simulation strategies for in vehicle networks}}, month = feb, year = {2016}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {mastersthesis}, entrysubtype = {mastersthesis}, groups = {own, thesis, simulation}, langid = {english} }
Diskrete Event basierte Simulationen haben sich zu einem weit verbreiteten Werkzeug zur Auslegung und Entwicklung von Fahrzeugnetzwerken entwickelt. Netzwerke im allgemeinen und Fahrzeugnetzwerke im Besonderen sehen sich mit ständig wachsender Komplexität konfrontiert. Dies führt unausweichlich zu immer weiter steigenden Simulationslaufzeiten. Diese Arbeit präsentiert das Design und die Entwicklung von parallelen Scheduling Strategien um die Simulationslaufzeiten zu verkürzen.
@mastersthesis{s-fbhsc-16, author = {Salath{\'e}, Jasper}, title = {{FPGA basiertes HW/SW Codesign eines Frameworks f{\"u}r TSN Switches}}, month = feb, year = {2016}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {mastersthesis}, entrysubtype = {mastersthesis}, groups = {own, thesis, tsn}, langid = {ngerman} }
Die aktuelle Entwicklung neuer Anwendungen wie Advanced Driver Assistance Systems im Automobil zeigen, dass zukünftige Fahrzeugnetze einen steigenden Bedarf an Bandbreite aufweisen werden, während Fahrzeugnetze ein weiteres Spektrum an Echtzeitanforderungen erfüllen müssen. Da gegenwärtig verwendete Technologien in absehbarer Zeit diesen Anforderungen nicht mehr gerecht werden, stellt Real-Time Ethernet einen geeigneten Nachfolger dar. Das weite Spektrum an Echtzeitanforderungen erfordert die Kombination mehrerer Konzepte für Real-Time Ethernet. Time Sensitive Networking (TSN) stellt eines dieser Konzepte dar. Diese Arbeit befasst sich mit der Entwicklung eines Frameworks für TSN Switches. Ziel ist es, in Zukunft über ein Framework zur flexiblen Kombination mehrerer Konzepte für Real-Time Ethernet zu einem Prototypen zu verfügen und daran zukünftige Fahrzeugnetze zu evaluieren. Das Framework wurde auf Basis des NetFPGA 1G Boards umgesetzt.
@mastersthesis{s-roisk-16, author = {Schick, Jannik}, title = {{ROI basierte selektive Kompression f{\"u}r JPEG Anwendungen im Automobilbereich}}, month = feb, year = {2016}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {bachelorsthesis}, entrysubtype = {bachelorsthesis}, groups = {own, thesis}, langid = {ngerman} }
Diese Bachelorarbeit befasst sich mit Region of Interest (ROI) basierter selektiver Bildkompression, aufbauend auf dem JPEG Bildkompressionsstandard. Es werden zwei Konzepte entwickelt, eine ROI basierte Kompression mit Hilfe des JPEG Standards umzusetzen. Diese Kompressionen werden in einem Versuchsfahrzeug, das mit Kameras, Computern und einem Echtzeit Ethernet ausgestattet ist, zur Anwendung gebracht. Die zwei entwickelten Konzepte werden dabei in einem Programm umgesetzt, das neben der Kompression außerdem die zu komprimierenden Bilder aufnimmt und über Echtzeit Ethernet verschickt. Am Ende werden die beiden Konzepte miteinander verglichen und bewertet.
@misc{sk-slsde-15, author = {Steinbach, Till and Korf, Franz}, title = {{System Level Simulation for the Design and Evaluation of Heterogeneous Ethernet, CAN, and FlexRay In-Car Networks}}, howpublished = {3rd International Conference on Automotive BUS Systems + Ethernet}, month = nov, year = {2015}, note = {Invited Talk}, groups = {own, publications, simulation, flexray}, langid = {english} }
@mastersthesis{w-safpt-15, author = {Wille, Torben}, title = {{Simulationsbasierte Analyse von Frame-Preemption f{\"u}r Time Sensitive Network Ethernet}}, month = nov, year = {2015}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {bachelorsthesis}, entrysubtype = {bachelorsthesis}, groups = {own, thesis, simulation, omnet}, langid = {ngerman} }
Diese Dokument zeigt einen Ansatz wie Frame-Preemption in Time Sensetive Network Ethernet umgesetzt werden kann. Mit Hilfe der Simulationsumgebung OMNeT++ und dem CoRE4INET Framework, welches Time-Triggered Ethernet implementiert, wird die Implementierung des Ansatzes mit einer abstrahierten Kommunikations-Matrix analysiert, evaluiert und bewertet.
@inproceedings{slksh-bhcan-15, author = {Steinbach, Till and Lim, Hyung-Taek and Korf, Franz and Schmidt, Thomas C. and Herrscher, Daniel and Wolisz, Adam}, title = {{Beware of the Hidden! How Cross-traffic Affects Quality Assurances of Competing Real-time Ethernet Standards for In-Car Communication}}, booktitle = {2015 IEEE Conference on Local Computer Networks (LCN)}, month = oct, year = {2015}, pages = {1--9}, isbn = {978-1-4673-6770-7}, doi = {10.1109/LCN.2015.7366277}, eprinttype = {ieeexplore}, eprint = {7366277}, note = {LCN Best Paper Award}, groups = {own, publications, simulation, clock-sync, synchronization}, langid = {english} }
Real-time Ethernet is expected to become the core technology of future in-car communication networks. Following its current adoption in subsystems for info- and entertainment, broadband Ethernet promises new features in the core of upcoming car series. Its full potential will enfold when deploying Ethernet-based backbones that consolidate all automotive domains on a single physical layer at increased bandwidth but reduced complexity and cost. In such a backbone, traffic with a variety of real-time requirements and best-effort characteristics will share the same physical infrastructure. However, certain applications like online diagnosis, data- or firmware updates, and access to off-board backends will introduce bursty high traffic loads to the sensitive core of the cars communication network. In this work, we analyze the robustness against cross-traffic of real-time Ethernet protocols. Based on a realistic in-car scenario, we demonstrate that background cross-traffic can have significant impact on in-car backbone networks—even for real-time protocols with strict prioritization. By comparing the real-time approaches Ethernet AVBs asynchronous credit based shaping with the time-triggered and rate-constrained traffic classes of Time-triggered Ethernet (AS6802) we quantify how different media access policies suffer from low priority bursts of applications such as diagnosis, online updates or backend-based services. Our simulation study of a realistic in-car backbone design and traffic model reveals that in a realistic in-car network design, cross-traffic may increase end-to-end latency by more than 500% while the jitter can become 14 times higher than for a network without background tasks. We discuss ways to mitigate these degrading effects.
@inproceedings{smbks-pnibu-15, author = {Steinbach, Till and Meyer, Philipp and Buschmann, Stefan and Korf, Franz and Schmidt, Thomas C.}, title = {{Demo: Prototyping Next-Generation In-Car Backbones Using System-Level Network Simulation}}, booktitle = {2015 IEEE Conference on Local Computer Networks (LCN)}, month = oct, year = {2015}, groups = {own, publications, simulation, flexray}, langid = {english} }
We show a network simulation environment for assessing Ethernet-based concepts and technologies of next generation in-car networks, as well as their protocols, and possible deployment. Among others, the simulation models contain the core concepts of AS6802 and AFDX, Ethernet AVB and IEEE 802.1Q as well as legacy fieldbus technologies like CAN and FlexRay and automotive gateway designs to interconnect the technologies. All modules can be flexibly configured and combined or used as a foundation for the implementation of new ideas. System-level network simulation allows us to design and evaluate backbone architectures and develop protocols and configurations that comply with the rigid real-time requirements of in-car communication. The shown tool chain is open source and can be downloaded for experiments and reviews of published simulation studies at http://core4inet.realmv6.org
@mastersthesis{k-vzebg-15, author = {Kloth, Philipp}, title = {{Visualisierung des Zeitverhaltens von Echtzeitnetzwerken basierend auf Gantt Charts}}, month = sep, year = {2015}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {bachelorsthesis}, entrysubtype = {bachelorsthesis}, groups = {own, thesis, simulation, omnet}, langid = {ngerman} }
Die Bachelorarbeit befasst sich mit der Visualisierung des Zeitverhaltens von Echtzeit-Ethernet Netzwerken auf Basis von Gantt Charts. Zum Darstellen der Diagramme wird ein Eclipse Plugin entwickelt, welches sich in die Simulationsplattform OMNeT++ integrieren lässt. Weiterhin werden Diagramm Semantiken konzipiert, welche zum Analysieren des Zeitverhaltens von Netzwerken dienen. Die resultierenden Diagramme werden anschließend im Plug-in genutzt. Es werden verschiedene Methoden zur Datenerfassung der zu visualisierenden Daten verglichen und sich für eine Methode entschieden. Am Ende werden die Ergebnisse der Evaluierung zum Plug-in und Eventlog aufgeführt.
@mastersthesis{d-ikabb-15, author = {Depke, Jan}, title = {{Inkrementelle Konsolidierung automobiler Bussysteme auf Basis eines Realtime Ethernet Backbones}}, month = mar, year = {2015}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {mastersthesis}, entrysubtype = {mastersthesis}, groups = {own, thesis}, langid = {ngerman} }
Echtzeit-Ethernet ist vielversprechender Kandidat zur Verbesserung der Kommunikation in zukünftigen Automobilen. Es bietet hohe Bandbreite, geringen Jitter, und die physikalische Schicht kann mit den Anforderungen der Automobilindustrie wachsen. Eine Migrationsstragie unter Weiterverwendung der Errungenschaften der letzten Jahrzehnte im Bereich der Feldbusse ist nötig, um einen sanften Übergang von aktuellen Feldbusarchitekturen zum Echtzeit-Ethernet zu ermöglichen. Diese Arbeit untersucht die Auswirkungen einer inkrementellen Migration von Controller Area Network (CAN)-Bussen hin zum Echtzeit-Ethernet. Eine Migrationsstrategie wird aus Restriktionen technologi- scher Standards und Entwurfsmustern entwickelt, welche in Richtlinien für Machbarkeitsuntersuchungen überführt werden. Eine flexible Schnittstellenbeschreibungssprache wird entwickelt, implementiert und zur Übersetzung zwischen etablierten Protokollen und Echtzeit-Ethernet in einem Kommunikationsgate- way genutzt. Der Einsatz in einem Prototypenfahrzeug liefert realistische Kenndaten um die Machbarkeit der Migration unter Beibehaltung bestehender CAN-Anwendungen zu zeigen.
@mastersthesis{s-kaeso-15, author = {Schrade, Sebastian}, title = {{Kopplung einer AUTOSAR eventbasierten Simulation mit der OMNET++ Simulation von Automotive-Netzwerken}}, month = mar, year = {2015}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {bachelorsthesis}, entrysubtype = {bachelorsthesis}, groups = {own, thesis, simulation, omnet}, langid = {ngerman} }
Ziel der Arbeit ist die Untersuchung von Kopplungen im Simulationsbereich am Beispiel der Simulationsplattformen VEOS und Omnet++. Die AUTOSAR Steuergerätesimulation VEOS ist anzupassen und zu ergründen wie eine Kopplung zu erreichen ist, so dass die Netzwerksimulation Omnet++ die Kommunikation der Steuergeräte vornehmen kann.
@techreport{b-vkaen-15, author = {Burchard, Benjamin}, title = {{Visualisierung von Kommunikationsdaten im Automotive Echtzeit-Ethernet Netzwerk}}, month = feb, year = {2015}, institution = {CoRE Research Group, Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, groups = {own, seminar}, langid = {ngerman} }
@techreport{m-isitb-15, author = {Meyer, Philipp}, title = {{Informationssicherheit in IEEE 802.1 Time Sensitive Networking Bordnetzen}}, month = feb, year = {2015}, institution = {CoRE Research Group, Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, groups = {own, seminar}, langid = {ngerman} }
@mastersthesis{g-shees-15, author = {Gro{\ss}, Friedrich}, title = {{Eine skalierbare Hardwarearchitektur zur Echtzeit-Erweiterung von Standard-Ethernet-Controllern}}, month = jan, year = {2015}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {mastersthesis}, entrysubtype = {mastersthesis}, groups = {own, thesis}, langid = {ngerman} }
In Automobil werden immer mehr Fahrerassistenzsysteme verwendet, die hohe zeitliche Anforderungen an Netzwerke stellen und dabei gleichzeitig große Datenmengen übertragen müssen. Die heutzutage eingesetzten BUS-Systeme kommen momentan an ihre Grenzen. Aus diesem Grund ist die Automobilindustrie auf der Suche nach einem neuen BUS-System, dass die steigenden Anforderungen erfüllt. Das zukünftige BUS-System wird höchstwahrscheinlich ein echtzeitfähiges Ethernet sein, da Ethernet in seiner Bandbreite skalierbar ist. Time-Triggered Ethernet ist eine Echtzeiterweiterung des Standard Ethernet. Die Umsetzung dieses Protokolls in Software erfordert einen erheblichen Entwicklungsaufwand und viel Rechenleistung. Diese Arbeit zeigt ein skalierbares Hardware-Software Co-Design für einen Time-Triggered Ethernet Controller, das die benötigte Rechenleisung reduziert. Es wird eine Prototyp-Implementierung auf einem FPGA gezeigt. Dabei wird für jedes Modul gezeigt, welche Auswirkungen es hat, dieses in Hardware oder in Software zu partitionieren. Mit dem vorgestellten Konzept ist es möglich, für jede Anwendung eine kostenoptimierte Hardware-Software Partitionierung zu finden.
@mastersthesis{k-stksb-15, author = {Kamieth, Jan}, title = {Scheduling von TDMA Kommunikation in Switch basierten Netzwerken}, month = jan, year = {2015}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {mastersthesis}, entrysubtype = {mastersthesis}, groups = {own, thesis}, langid = {ngerman} }
Die wachsende Anzahl elektronischer Systeme im Automobil und deren vielfältigen Anforderungen an das zugrundeliegende Netzwerk führt zu einem Bedarf an neuer Kommunikationstechnik, um sowohl eine hohe Bandbreite, als auch niedrige Latenzen und einen niedrigen Jitter zu bieten. TT-Ethernet ist ein vielversprechender Kandidat, um dieses Problem zu lösen. In dieser Arbeit wird eine Lösung für das Scheduling Problem erarbeitet, welches bei dieser Art von Netzwerken auftritt. Dazu wird das Problem in den Bereich des Multiprozessor- Schedulings transformiert, um auf bekannte Lösungsansätze aufbauen zu können. Zusätzlich wird ein Optimierungsziel und eine dazugehörige Bewertungsfunktion definiert, die auf die Eigenschaften und Anforderungen des TT-Ethernet Protokolls zugeschnitten sind. Zur Umsetzung des Schedulings wird ein Framework umgesetzt, welches es erlaubt mehre Lösungsansätze zu implementieren und aus mehreren Ergebnissen das Beste wählen zu können.
@inproceedings{smkr-reicb-14, author = {Steinbach, Till and M{\"u}ller, Kai and Korf, Franz and R{\"o}llig, Ren{\'e}}, title = {{Real-time Ethernet In-Car Backbones: First Insights into an Automotive Prototype}}, booktitle = {2014 IEEE Vehicular Networking Conference (VNC)}, location = {Paderborn}, month = dec, year = {2014}, pages = {137--138}, publisher = {IEEE Press}, address = {Piscataway, NJ, USA}, isbn = {978-1-4799-7659-1}, issn = {2157-9865}, doi = {10.1109/VNC.2014.7013331}, eprinttype = {ieeexplore}, eprint = {7013331}, groups = {own, publications}, langid = {english} }
The communication infrastructure of today’s automobiles forms a complex composition of heterogeneously interconnected components. At the same time, demands for higher bandwidth and low-latency communication are emerging from chassis control, camera based driver assistance and infotainment that cannot be accommodated by established technologies. A new approach towards a flexible highly scalable network is real-time Ethernet. The RECBAR research project develops and evaluates concepts and technologies for next-generation in-car backbones. In this demo we show a prototype based on a 2014 Volkswagen Golf 7 series car additionally equipped with high-bandwidth sensors, such as HD cameras and 3D laser scanners. The car uses a backbone network utilising time-triggered real-time Ethernet for the deterministic transmission of messages with hard real-time as well as rate-limiting and best-effort frames for messages with relaxed timing requirements. On the physical layer the setup utilises the OPEN Alliance 100Mbit/s BroadR-Reach (OABR or 100 BASE-T1) in addition to 100 BASE-TX.
@mastersthesis{r-rsuat-14, author = {Rumpf, Soeren}, title = {{Ein ressourcenschonender Stack zur Unterst{\"u}tzung von AVB und Time Triggered Ethernet Verkehr}}, month = nov, year = {2014}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {bachelorsthesis}, entrysubtype = {bachelorsthesis}, groups = {own, thesis, ttethernet}, langid = {ngerman} }
In den heutigen Automobilfahrzeugen werden mit zunehmender Sicherheit, Leistung und Komfort die Kommunikationsnetze immer komplexer. Um die wachsenden Datenmengen der Vielzahl von Kameras, Sensoren und Steuergeräten in einem Netzwerk übertragen zu können, reicht die Bandbreite von Übertragungsnetzen wie CAN, LIN, MOST und Flex-Ray nicht mehr aus. Aufgrund der Notwendigkeit den Bandbreitenanforderungen gerecht zu werden und auch zeitkritische Daten übertragen zu können, bietet das TTEthernet Protokoll eine Echtzeit-Lösung. In dieser Arbeit wird eine vorhandene hardware-basierte TTEthernet-Implementierung um das Audio/ Video Bridging (AVB) Protokoll erweitert, um den hohen Kon gurationsaufwand von TTEthernet zu verringern. Die Zusammenführung von AVB und TTEthernet sowie das Verhalten dieser Implementierung wird anhand von Tests veri ziert und analysiert.
@inproceedings{bskbs-rerbs-14, author = {Bartols, Florian and Steinbach, Till and Korf, Franz and Buth, Bettina and Schmidt, Thomas C.}, title = {{Real-time Ethernet Residual Bus Simulation: A Model-Based Testing Approach for the Next-Generation In-Car Network}}, booktitle = {22nd International Conference on Real-Time Networks and Systems (RTNS) 2014}, location = {Versailles, France}, month = oct, year = {2014}, pages = {267--276}, publisher = {ACM-DL}, address = {New York}, isbn = {978-1-4503-2727-5}, doi = {10.1145/2659787.2659800}, eprinttype = {acmdl}, eprint = {2659800}, series = {RTNS '14}, groups = {own, publications, simulation}, langid = {english} }
The increasing complexity of automotive networks, their challenging timing constraints and their high bandwidth demands require new concepts for future in-car communication. Real-time Ethernet is meant to be a suitable candidate for the next-generation in-car interconnection. However, model-based testing capabilities must be available as well. Applications must be validated prior the first assembly, due to the distributed development process. Methods like residual bus simulation are of particular interest to allow for testing systems in early development stages by emulating unfinished or not available parts of the system. In this paper, we present a methodology and a feasibility study of a residual bus simulation in automotive real-time Ethernet systems. The challenges of applying this testing method in real-time Ethernet based networks with parallel packet transmission are outlined and compared to today’s automotive bus system simulation approaches. Furthermore, the combination of different model-based testing techniques, that are not used in state-of-the-art commercial tools, are applied for the validation of non-functional timing requirements. An extension to an existing abstract test case model is proposed, which allows modelling temporal attributes. It is simultaneously used as simulation model to drive the residual bus simulation. We demonstrate the approach’s feasibility by implementing a prototype residual bus simulator for real-time Ethernet networks and applying it to an example application.
@mastersthesis{m-smreg-14, author = {M{\"u}ller, Sebastian}, title = {{Simulationsmodell eines Multi-Bus Realtime Ethernet Gateways}}, month = oct, year = {2014}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {bachelorsthesis}, entrysubtype = {bachelorsthesis}, groups = {own, thesis, simulation, ttethernet, flexray}, langid = {ngerman} }
Um zukünftige Anforderungen an Flexibilität, Skalierbarkeit und Bandbreite in Kommunikationsnetzen der Automobil-Industrie sowie der Luft- und Raumfahrt zu gewährleisten, werden neue Technologien benötigt. Time-Triggered Ethernet (TTEthernet) der TTTech Computertechnik AG kann als Backbone-Netzwerk in Automobilen eingesetzt werden. Um die Anbindung herkömmlicher Kommunikationssysteme wie CAN und FlexRay zu ermöglichen, werden Gateways benötigt. In dieser Arbeit wird ein Simulationsmodell eines Multi-Bus Realtime Ethernet Gateways entwickelt, das CAN-Bussysteme an ein TTEthernet Backbone-Netzwerk anbindet. Die Entwicklung eines dynamischen Ansatzes für die Nachrichten-Akkumulation, ermöglicht ein adaptives Verhalten des Gateways. Eine Erweiterung um weitere Bussysteme ist ohne weiteres möglich.
@mastersthesis{k-sahf-14, author = {Kempf, Fabian}, title = {Simulationsbasierte Analyse heterogener Fahrzeugnetzwerke: Generierung, Simulation und Evaluation}, month = sep, year = {2014}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {mastersthesis}, entrysubtype = {mastersthesis}, groups = {own, thesis, simulation}, langid = {ngerman} }
Im klassischen Automobilnetz kommunizieren die Steuergeräte der verschiedenen Domänen überwiegend untereinander. Bei neuen Anwendungen sind Informationen von Systemen aus unterschiedlichen Domänen notwendig. Dies erfordert domänenübergreifende Kommunikation in einem heterogenen Netzwerk. Ein Ansatz für die Vernetzung der Domänen liegt in einem echtzeitfähigen Ethernetbackbone, das sowohl bandbreitenintensive als auch sicherheitskritische Anwendungen unterstützt. Um verschiedene Netztopologien des heterogenen Netzwerkes zu vergleichen, eignen sich simulationsbasierte Analysen. Ziel dieser Arbeit ist die Herausstellung charakteristischer Merkmale der Kommunikation im Automobil zur simulationsbasierten Analyse mit einem Backbone. Für die Konfiguration ist der Entwurf und die Umsetzung einer domänenspezifischen Sprache mit den Anforderungen an relevante Kommunikationssysteme im Automobil herauszustellen, die einen gesamtheitlichen Netzwerkbeschreibungsansatz erlaubt. Dieser Ansatz ermöglicht die einfache Analyse komplexer heterogener Fahrzeugnetzwerke, von der Generierung über die Simulation bis hin zur Evaluierung.
@proceedings{fssw-ocshg-14, editor = {F{\"o}rster, Anna and Sommer, Christoph and Steinbach, Till and W{\"a}hlisch, Matthias}, title = {{Proceedings of the 1st OMNeT++ Community Summit, Hamburg, Germany, September 2, 2014}}, month = aug, year = {2014}, publisher = {ArXiv e-prints}, eprinttype = {arxiv}, eprint = {1409.0093}, eprintclass = {cs.PF}, keywords = {Computer Science - Performance, I.6, C.2.0, C.4, D.4.8}, groups = {own, seminar, omnet}, langid = {english} }
@mastersthesis{b-eerbf-14, author = {Bartols, Florian}, title = {Echtzeit Ethernet Restbussimulation: Fr{\"u}hzeitiges Modellbasiertes Testen in Fahrzeugnetzwerken der n{\"a}chsten Generation}, month = apr, year = {2014}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {mastersthesis}, entrysubtype = {mastersthesis}, groups = {own, thesis, simulation}, langid = {ngerman} }
Die zunehmende Komplexität automobiler Netzwerke und deren steigende Bandbreitenan- forderungen bei gleichzeitiger Einhaltung von Zeitaussagen erfordern neue Konzepte in der Vernetzung elektronischer Komponenten im Fahrzeug. Echtzeit-Ethernet ist ein geeigneter Kandidat diese Problemstellung zu lösen. Um frühzeitig im Entwicklungsprozess Komponenten und Systeme zu testen hat sich die Restbussimulation als adäuates Mittel etabliert. In dieser Thesis wird eine Restbussimulationsmethodik für Echtzeit-Ethernet-Netzwerke entwickelt, mit der es möglich ist, Systeme in frühen Entwicklungsphasen auf funktionale und nicht-funktionale Anforderungen mittels abstrakter Testfälle zu testen. Dazu wird auf die Modellierung von zeitlichen Anforderungen von Echtzeit-Ethernet-Systemen eingegangen und ein abstraktes Testfallmodell entwickelt, das Testfälle nicht-funktionaler Leistungsanforderungen beschreibt und gleichzeitig als Simulationsmodell für den Restbussimulator dient. Die entwickelte Methodik wird anschließend exemplarisch an einer Automotive-Echtzeit-Ethernet-Anwendung angewendet.
@inproceedings{gskss-hscda-14, author = {Gro{\ss}, Friedrich and Steinbach, Till and Korf, Franz and Schmidt, Thomas C. and Schwarz, Bernd}, title = {{A Hardware/Software Co-Design Approach for Ethernet Controllers to Support Time-triggered Traffic in the Upcoming IEEE TSN Standards}}, booktitle = {2014 IEEE International Conference on Consumer Electronics - Berlin (ICCE-Berlin)}, location = {Berlin}, year = {2014}, pages = {9--13}, publisher = {IEEE Press}, address = {Piscataway, NJ, USA}, isbn = {978-1-4799-6165-8}, doi = {10.1109/ICCE-Berlin.2014.7034229}, eprinttype = {ieeexplore}, eprint = {7034229}, groups = {own, publications, tsn, clock-sync, synchronization}, langid = {english} }
Due to the increasing bandwidth and timing requirements, next generation communication backbones in cars will most likely base on real-time Ethernet variants that satisfy the demands of the new automotive applications. The upcoming IEEE 802.1Qbv standard shows communication approaches based on coordinated time devision multiple access (TDMA) to be good candidates for providing communication with determinism and highly precise timing. Implementing time-triggered architectures in software requires significant development effort and computational power. This paper shows a scalable HW/SW co-design approach for new real-time Ethernet controllers based on the partitioning into communication and application components. The tasks required for communication are divided: Time-critical and computationally intensive parts are realised in dedicated hardware modules allowing the attached CPU to fulfil the timing requirements of the automotive application without interference. The evaluation using a Field Programmable Gate Array (FPGA) based prototype implementation shows that the precision for the time-triggered transmission and the performance of the proposed implementation of the required synchronisation protocols satisfies the requirements of applications in the automotive domain.
@mastersthesis{h-slbue-14, author = {Hellmann, Daniel Gro{\ss}e}, title = {{Synchronisation von Laserscannern basierend auf Uhrensynchronisationsprotokollen in Ethernet Netzwerken}}, year = {2014}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {bachelorsthesis}, entrysubtype = {bachelorsthesis}, groups = {own, thesis, clock-sync, synchronization}, langid = {ngerman} }
@inproceedings{jk-otdee-14, author = {Jungnickel, Ruben and Korf, Franz}, title = {{Object Tracking and Dynamic Estimation on Evidential Grids}}, booktitle = {17th International IEEE Conference on Intelligent Transportation Systems (ITSC 2014)}, location = {Qingdao, China}, year = {2014}, pages = {2310--2316}, publisher = {IEEE Press}, address = {Piscataway, NJ, USA}, isbn = {978-1-4799-6165-8}, doi = {10.1109/ITSC.2014.6958060}, eprinttype = {ieeexplore}, eprint = {6958060}, groups = {own, publications}, langid = {english} }
Autonomous driving is one of the most challenging tasks of the automotive industry. As a subtask, the estimation of driveable and non driveable space is often solved by applying occupancy grids. The information about non driveable space can be used to improve object tracking. This paper presents an approach for object tracking and modelling in an occupancy grid map. Tracking objects on grid cells yields the advantage of a consistent environmental model on the occupancy grid map. We introduce the occupancy grid map as the only information source for the object tracking module. Taking advantage of the Dempster Shafer theory, a dynamic belief of conflicting cells can be estimated. This dynamic belief is then accumulated in a tracked object model. This is a grid based free form object model that uses detached grid cells to model vehicles in urban environment. We reduce false positives and initialization time by maintaining a dynamic belief for each object.
@inproceedings{ksks-dtina-14, author = {Kamieth, Jan and Steinbach, Till and Korf, Franz and Schmidt, Thomas C.}, title = {{Design of TDMA-based In-Car Networks: Applying Multiprocessor Scheduling Strategies on Time-triggered Switched Ethernet Communication}}, booktitle = {19th IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA 2014)}, location = {Barcelona}, year = {2014}, pages = {1--9}, publisher = {IEEE Press}, address = {Piscataway, NJ, USA}, isbn = {978-1-4799-4846-8}, doi = {10.1109/ETFA.2014.7005119}, eprinttype = {ieeexplore}, eprint = {7005119}, groups = {own, publications, clock-sync, synchronization}, langid = {english} }
Real-time Ethernet variants gain importance for communication infrastructure of various time-critical domains, such as in-car networks. Synchronous time-triggered traffic guarantees strict timing but requires a detailed schedule for all participants. Designing these schedules by hand is extensive work and with increasing network size almost impossible. In this paper, we contribute a mapping of the time-triggered network scheduling problem into the domain of multiprocessor scheduling. This set of transformation rules allows us to apply established scheduling algorithms as well as new strategies to organise time-triggered switched networks. Experimental results from a prototype implementation of a scheduling framework based on this mapping show the feasibility of our concept. The framework demonstrates a multiple solver approach that uses algorithms with different optimality criteria in parallel.
@inproceedings{rsks-ssmac-14, author = {Rumpf, Soeren and Steinbach, Till and Korf, Franz and Schmidt, Thomas C.}, title = {{Software Stacks for Mixed-critical Applications: Consolidating IEEE 802.1 AVB and Time-triggered Ethernet in Next-generation Automotive Electronics}}, booktitle = {2014 IEEE International Conference on Consumer Electronics - Berlin (ICCE-Berlin)}, location = {Berlin}, year = {2014}, pages = {14--18}, publisher = {IEEE Press}, address = {Piscataway, NJ, USA}, isbn = {978-1-4799-6165-8}, doi = {10.1109/ICCE-Berlin.2014.7034239}, eprinttype = {ieeexplore}, eprint = {7034239}, groups = {own, publications, clock-sync, synchronization}, langid = {english} }
Real-time Ethernet variants are expected to build the future communication infrastructure in cars. First camera based driver assistance functions will communicate using IEEE 802.1 AVBs credit-based shaping. But for the strict timing requirements of automotive control-traffic, AVBs current timing guarantees are insufficient. The upcoming IEEE 802.1Qbv standard proposes synchronous time-triggered traffic to overcome these limitations. This paper presents a low footprint microcontroller based communication architecture, that supports both traffic classes in parallel while using standard hardware components. It allows first realistic performance analyses of coexistent traffic shaping strategies in a software based implementation.
@inproceedings{msks-eatts-13, author = {Meyer, Philipp and Steinbach, Till and Korf, Franz and Schmidt, Thomas C.}, title = {{Extending IEEE 802.1 AVB with Time-triggered Scheduling: A Simulation Study of the Coexistence of Synchronous and Asynchronous Traffic}}, booktitle = {2013 IEEE Vehicular Networking Conference (VNC)}, location = {Boston, Massachusetts}, month = dec, year = {2013}, pages = {47--54}, publisher = {IEEE Press}, address = {Piscataway, NJ, USA}, isbn = {978-1-4799-2686-2}, issn = {2157-9865}, doi = {10.1109/VNC.2013.6737589}, eprinttype = {ieeexplore}, eprint = {6737589}, groups = {own, publications, simulation, clock-sync, synchronization}, langid = {english} }
In-car networks based on Ethernet are expected to be the first choice for future applications in the domain of info- and entertainment. However, the full benefit of a technologically integrated in-car network will only become rewarding with an Ethernet-based backbone, unifying several automotive domains in a single infrastructure. Today, there is remarkable interest in the IEEE 802.1 Audio/Video Bridging (AVB) protocol suite, that provides end-to-end performance guarantees in Ethernet networks. But for the strict timing requirements of automotive control-traffic, these guarantees are too weak. An extension of Ethernet AVB with synchronous time-triggered traffic can overcome these limitations. In this paper, we investigate the coexistence of synchronous and asynchronous traffic by experimentally adding time-triggered messages to the credit-based shaper of AVB in a straightforward way. Based on simulations and analytical evaluations, we quantify the impact of such integration concepts for a reasonable design range. Our results demonstrate the feasibility of a shaping strategy with concurrent AVB and time-triggered message, but show a significant impact of the schedule design on the asynchronous AVB streams. Based on our findings, we provide recommendations for configurations that can improve end-to-end network performance for in-car applications by over 100 percent
@mastersthesis{r-ozlet-13, author = {Reidl, Johannes}, title = {{Optimierung der Zeitpr{\"a}zision eines Linux Ethernet Treibers auf Basis einer PTP Uhr}}, month = nov, year = {2013}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {bachelorsthesis}, entrysubtype = {bachelorsthesis}, groups = {own, thesis, ttethernet}, langid = {ngerman} }
Diese Arbeit befasst sich mit der Einbindung einer Netzwerkkarte, die in der Lage ist den Empfangszeitpunkt von Ethernetpaketen in Hardware zu bestimmen, in einen Linux TTEthernet Treiber. Zunächst wird der Stand der Entwicklung ermittelt und eine Anforderungsanalyse erstellt, danach die Auswahl besagter Netzwerkkarte diskutiert. Darauf folgend werden die benötigten Grundlagen erörtert und, darauf aufbauend, die Kopplung des TTEthernet- und des Netzwerkkartentreibers erklärt. Abschließend wird auf die Funktionalität und die Messergebnisse eingegangen.
@mastersthesis{m-saitk-13, author = {Meyer, Philipp}, title = {{Simulationsbasierte Analyse der Integration von TDMA basierter Kommunikation in Ethernet AVB}}, month = oct, year = {2013}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {bachelorsthesis}, entrysubtype = {bachelorsthesis}, groups = {own, thesis, simulation, omnet}, langid = {ngerman} }
In moderenen Fahrzeugen enstehen immer komplexere Kommunikationnetze. Im Fokus zukünftiger Netztechnologien steht darum eine ethernetbasierte Kommunikation. Deshalb wird nach geeigneten Echtzeitprotokollen gesucht. Das Audio-Video Bridging Protokoll ist eines dieser Kandidaten. In dieser Arbeit wird das Verhalten des Audio-Video Bridging Protkolls, mit einer TDMA Erweiterung, untersucht. Dies wird mit der eventbasierten Simulationsumgebung OMNeT++ realisiert. Das TTE4INET Framework wird um AVB Komponenten erweitert um das Time-Triggered Ethernet Protokoll als Repräsentant für den TDMA Anteil zu nutzen. Anhand von ausgewählten Fallbeispielen wird dann das Verhalten, des erweiterten Audio-Video Bridging Protokolls, untersucht.
@mastersthesis{t-seaks-13, author = {Torfstecher, Jens}, title = {{Simulationsbasierte Entwicklung eines AUTOSAR-konformen Steuerger{\"a}tes}}, month = oct, year = {2013}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {bachelorsthesis}, entrysubtype = {bachelorsthesis}, groups = {own, thesis, simulation}, langid = {ngerman} }
AUTOSAR (AUTomotive Open System ARchitecture) ist ein internationaler Standard der Automobilindustrie. Entwickelt und getragen wird diese offene und standardisierte Softwarearchitektur von Automobilherstellern, Automobilzulieferern und Werkzeugherstellern. Ziel dieser Arbeit ist es, ein AUTOSAR-konformes Steuergerät zu entwickeln. Die Vorgehensweise in den einzelnen Entwicklungsschritten wird anhand einer Fallstudie, bestehend aus einem vereinfachten Adaptive Frontlighting System, veranschaulicht.
@mastersthesis{b-haose-13, author = {Bunzel, Flemming}, title = {{Hardware-Abstraktion eines Open Source Echtzeit Ethernet Stacks: Entwurf, Umsetzung und Evaluation}}, month = aug, year = {2013}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {bachelorsthesis}, entrysubtype = {bachelorsthesis}, groups = {own, thesis}, langid = {ngerman} }
Die "Communication over Real-Time Ethernet"-Projektgruppe arbeitet an auf Echtzeit-Ethernet basierenden Lösungen für die Kommunikation von zeitkritischen Anwendungen im Automobil. Im Rahmen der Projektarbeit ist der Prototyp eines Echtzeit-Ethernet-Stacks entwickelt worden, welcher die Umsetzung eines Time-Triggered Ethernet fähigen Endsystems ermöglicht. Durch die hardwarenahe Implementierung des Stacks war dieser bisher fest an einen bestimmten Microcontroller gebunden. In dieser Arbeit wird der Stack durch die Einführung eines Hardware Abstraction Layers portierbar gemacht und somit die Nutzung des Stacks auf anderen Microcontrollern ermöglicht. Durch die entstandene Portabilität und die VeröUentlichung als Open Source Software soll die Nutzung des Stacks auch in anderen Projekten ermöglicht werden.
@techreport{b-csf4t-13, author = {Bartols, Florian}, title = {{Cluster Simulation of Real-time Ethernet based Electronic Control Units in Context of Automotive Applications: Calculation of Suitable Hardware Setups}}, month = may, year = {2013}, institution = {CoRE Research Group, Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, groups = {own, seminar, simulation, ttethernet}, langid = {english} }
The increasing complexity of automotive networks and their high bandwidth requirements will demand new concepts in networking of electronic automotive components. TTEthernet is a suitable candidate to solve this problem. In order to allow testing of control units in an early point in the development process, cluster simulation has been established as an adequate manner and therefore in this project it is developed for Real-time Ethernet using the example of TTEthernet. In this work, hardware and topology setup approaches for a Real-time Ethernet based cluster simulation are explained. Furthermore, a formal model basing on set theory is presented, that allows for calculating suitable topologies in dependency of selected devices under test.
@mastersthesis{e-foscs-13, author = {Engler, Jonas}, title = {{Ein Framework zu einer OMNeT++ basierten Simulation von CAN-Netzwerken auf der Sicherungsschicht}}, month = may, year = {2013}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {bachelorsthesis}, entrysubtype = {bachelorsthesis}, groups = {own, thesis, simulation, omnet}, langid = {ngerman} }
Die Bachelorarbeit erarbeitet Konzept und Umsetzung einer Simulation, die die Kommunikation des CAN-Busses auf Ebene der Sicherungsschicht abbildet. In der Entwicklungsumgebung OMNeT++ wird ein Framework umgesetzt, das die Kommunikation von CAN-Netzwerken veranschaulicht und anschließend eine Analyse dafür anfertigt. In dem Bereich der Qualitätssicherung werden die Kernfunktionen der Simulation getestet. Anschließend wird eine Betrachtung bzw. Evaluierung der Ergebnisse betrieben, um sicherzustellen, dass alle Anforderungen erfüllt wurden.
@mastersthesis{k-ttebr-13, author = {Kuhrt, Sebastian}, title = {{Ein Time-Triggered Ethernet basiertes R{\"u}ckfahrkamerasystem -- vom Entwurf bis zur Integration in einen Fahrzeugdemonstrator}}, month = may, year = {2013}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {bachelorsthesis}, entrysubtype = {bachelorsthesis}, groups = {own, thesis}, langid = {ngerman} }
In modernen Automobilen befinden sich mehr als 60 elektronische Steuergeräte, verbunden über verschiedene Bussysteme. Echtzeit- Ethernet ist ein geeigneter Kandidat, der die Möglichkeit bietet, die heute eingesetzten Bussysteme zu ersetzen. Ein Fahrzeugdemonstrator zeigt, wie Systeme mit harten Echtzeitanforderungen, zusammen mit Anwendungen, die eine hohe Bandbreite erfordern, über dasselbe physikalische Ethernet Netzwerk kommunizieren. In dieser Arbeit wird ein Rückfahrkamerasystem für einen Fahrzeugdemonstrator entwickelt. Für die Realisierung wird geeignete Hardware ausgesucht und es werden die dazugehörigen Anwendungen implementiert. Mit den Anwendungen wird das Kamerabild als kritischer Ethernet-Nachrichtenverkehr zwischen Kamera und Infotainmentsystem übertragen.
@mastersthesis{k-korte-13, author = {Karfich, Oleg}, title = {{Kopplung einer OMNeT++ basierten Echtzeitsimulation an Real-Time-Ethernet Netzwerke}}, month = apr, year = {2013}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {bachelorsthesis}, entrysubtype = {bachelorsthesis}, groups = {own, thesis, simulation, omnet}, langid = {ngerman} }
Die Komplexität eines Fahrzeugs ist in den letzten Jahren durch eine zunehmende Anzahl an elektronischen Steuergeraäten gestiegen. Hinzu kommt, dass die kurzen Entwicklungszeit- en den Entwicklungsprozess schwer beherrschbar machen. Daher wird oft eine parallele Bearbeitung der Entwicklungsaufgaben vorgenommen und diese anhand von Simulationen begleitet. Dabei steht nicht immer ein kompletter Prototyp des Gesamtsystems zur Verfügung, um die entwickelten Steuergeräte zu testen. Hierfür werden Restbussimulationen eingesetzt, die nicht vorhandene Teile des Gesamtsystems simulieren und das zu testende Steuergerät mit simulierten Nachrichten stimulieren. In dieser Arbeit wird eine Basis für eine Restbussimulation von Echtzeitprotokollen geschaffen, in dem eine Kopplung zwischen einer OMNeT++ basierten Echtzeitsimulation mit Real-Time-Ethernet Netzwerken realisiert wird.
@mastersthesis{p-saitk-13, author = {Phieler, Stephan}, title = {{Entwicklung eines Linux-Kernel-Moduls zur Anbindung einer Mensch-Maschine-Schnittstelle an Echtzeit-Ethernet basierte Netzwerke}}, month = apr, year = {2013}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {bachelorsthesis}, entrysubtype = {bachelorsthesis}, groups = {own, thesis}, langid = {ngerman} }
Ziel dieser Arbeit ist es, eine Verbindung zwischen einer, zu Demonstrationszwecken entwickelten, Steer-By-Wire-Anwendung, dem Demonstrator, und einem PC zu realisieren, um mit dieser, Anwendungen auf dem PC steuern zu können. Dazu werden der Aufbau des Demonstrators und das dort verwendete Time-Triggered-Ethernet-Protokoll betrachtet. Anschließend wird erklärt, wie der Demonstrator als Eingabegerät unter einem Linux-Betriebssystem genutzt werden kann. Nach der Anaylse der Anforderungen und der Erstellung eines Konzeptes, wird beschrieben, wie dieses Konzept umgesetzt wurde. Das Ergebnis der Arbeit, wird am Ende gegen die ermittelten Anforderungen geprüft.
@inproceedings{bsks-stafc-13, author = {Buschmann, Stefan and Steinbach, Till and Korf, Franz and Schmidt, Thomas C.}, title = {{Simulation based Timing Analysis of FlexRay Communication at System Level}}, booktitle = {Proceedings of the 6th International ICST Conference on Simulation Tools and Techniques}, location = {Cannes, France}, month = mar, year = {2013}, pages = {285--290}, publisher = {ACM-DL}, address = {New York}, isbn = {978-1-4503-2464-9}, eprinttype = {acmdl}, eprint = {2512775}, groups = {own, publications, simulation, flexray}, langid = {english} }
In modern cars the communication infrastructure consists of different application specific bus systems that are interconnected with each other. Due to the growing complexity of the communication infrastructure, the corresponding timing analysis at system level is currently a hot topic in the automotive industry. FlexRay is a state-of-the-art fieldbus for cars. While FlexRay simulations below system level are already established in automotive tool chains, FlexRay system level simulation is not yet common. This paper focuses on simulation-based timing analyses for FlexRay communication. Based on different scenarios the practical relevance is shown. The performance results promise that our simulation approach is a good building block for the simulation of heterogeneous communication consisting of several bus systems and technologies. An evaluation of the simulation results in comparison with the CANoe network simulator proves the conformance of the implementation with the FlexRay specification.
@inproceedings{ksbks-hspre-13, ids = {ksbks-eifre-13}, author = {Karfich, Oleg and Bartols, Florian and Steinbach, Till and Korf, Franz and Schmidt, Thomas C.}, title = {{A Hardware/Software Platform for Real-time Ethernet Cluster Simulation in OMNeT++}}, booktitle = {Proceedings of the 6th International ICST Conference on Simulation Tools and Techniques}, location = {Cannes, France}, month = mar, year = {2013}, pages = {334--337}, publisher = {ACM-DL}, address = {New York}, isbn = {978-1-4503-2464-9}, eprinttype = {acmdl}, eprint = {2512782}, groups = {own, publications, simulation, omnet}, langid = {english} }
Cluster simulation is a popular method for supporting system integration in various distributed applications by simulating the environment of a subsystem under test. Particularly in real-time systems, the timing requirements of transmission and reception must be fulfilled, which is not easy to achieve. In this paper, we contribute a scheme for cluster simulation of real-time Ethernet (RTEthernet) based distributed systems. It relies on the discrete event-based simulation framework OMNeT++, interconnected with an ARM-based co-processor. Our approach allows coupling a real-world RTEthernet subsystem with virtual components running in the discrete simulation, that realise the required behaviour for the subsystem. We have evaluated the performance limits of our approach regarding latency and jitter, when running the simulation on a Linux system with the real-time Kernel patch. The results show that the timing requirements for the cluster simulation of small RTEthernet networks can be achieved.
@inproceedings{tsks-erhpt-13, author = {Todorov, Lazar T. and Steinbach, Till and Korf, Franz and Schmidt, Thomas C.}, title = {{Evaluating Requirements of High Precision Time Synchronisation Protocols using Simulation}}, booktitle = {Proceedings of the 6th International ICST Conference on Simulation Tools and Techniques}, location = {Cannes, France}, month = mar, year = {2013}, pages = {307--313}, publisher = {ACM-DL}, address = {New York}, isbn = {978-1-4503-2464-9}, eprinttype = {acmdl}, eprint = {2512778}, groups = {own, publications, simulation, omnet, clock-sync, synchronization}, langid = {english} }
High precision time synchronisation protocols are used in distributed real-time systems such as trains, planes, cars or industrial installations. In time-triggered systems, with a coordinated time division multiple access media allocation strategy, the achievable precision of time synchronisation among sending participants determines the quality of communication and the available bandwidth. The simulation of time synchronisation protocols allows to find problems at the earliest time – in general, during the design and configuration – of a synchronised distributed system. In this work we show a concept for the simulation of distributed real-time synchronisation protocols that uses discrete event-based simulation. Our model for the OMNeT++ Framework is adaptable and thus allows for providing highly accurate results or fast simulations. The precise simulation of a real-time synchronisation protocol usually consumes considerable simulation time. This paper presents an approach to speed up accurate simulation, based on recordings of previous runs. We evaluate typical real-world use cases for the introduced concept by simulating the AS6802 standard for time synchronisation. Our results show that the simulation can help to reduce the effort of determining configuration parameters for clock synchronisation protocols. We further quantify the performance increase of our evolutionary approach.
@mastersthesis{t-iasos-13, author = {Todorov, Lazar T.}, title = {{Integration des AS6802 Synchronisationsprotokolls in eine OMNeT++ basierte Simulationsumgebung}}, year = {2013}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {bachelorsthesis}, entrysubtype = {bachelorsthesis}, groups = {own, thesis, simulation, omnet, clock-sync, synchronization}, langid = {ngerman} }
@inproceedings{acvis-saeat-12, author = {Alderisi, Giuliana and Caltabiano, Alfio and Vasta, Giancarlo and Iannizzotto, Giancarlo and Steinbach, Till and Bello, Lucia Lo}, title = {{Simulative Assessments of IEEE 802.1 Ethernet AVB and Time-Triggered Ethernet for Advanced Driver Assistance Systems and In-Car Infotainment}}, booktitle = {2012 IEEE Vehicular Networking Conference (VNC),}, month = nov, year = {2012}, pages = {187--194}, publisher = {IEEE Press}, address = {Piscataway, NJ, USA}, isbn = {978-1-4673-4996-3}, issn = {2157-9857}, doi = {10.1109/VNC.2012.6407430}, eprinttype = {ieeexplore}, eprint = {6407430}, groups = {own, publications, simulation}, langid = {english} }
Investigations into the usage of Ethernet in automobiles is in progress in academia, the car industry and companies producing automotive electronic devices. The interest in Ethernet is motivated by the high bandwidth and scalability provided. It is a well experienced technology with support for the Internet Protocol (IP) suite. Ethernet as in-car network is expected to breakthrough in Advanced Driver Assistance Systems (ADAS) involving cameras and in the multimedia domain. Both the IEEE Audio Video Bridging (AVB) standard and Time-Triggered Ethernet (TTE) are promising candidates. This paper presents a simulation study aimed to investigate the behavior of these technologies when supporting ADAS and multimedia traffic on star-based networks under varying workload. The performance under different operating conditions is presented and discussed.
@mastersthesis{b-osfna-12, author = {Buschmann, Stefan}, title = {{OMNeT++ basierte Simulation von FlexRay Netzwerken zur Analyse von Automotive Anwendungen}}, month = nov, year = {2012}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {bachelorsthesis}, entrysubtype = {bachelorsthesis}, groups = {own, thesis, simulation, omnet, flexray, clock-sync, synchronization}, langid = {ngerman} }
In einem modernen Fahrzeug gibt es eine Vielzahl an Assistenz- und Informationssystemen. Um eine sichere und schnelle Kommunikation zwischen den Steuergeräten in einem Automobil zu gewährleisten, wurde das Kommunikationssystem FlexRay entwickelt. Es bietet eine höhere Bandbreite als Protokolle wie LIN und CAN und eignet sich außerdem auch für den Einsatz bei kritischem Datenverkehr. In dieser Arbeit wird dieses Kommunikationssystem in der diskreten ereignisbasierten Simulationsumgebung OMNeT++ implementiert. Es ist möglich FlexRay-Netzwerke individuell aufzubauen und zu konVgurieren. Jedem Teilnehmer können Zeitpunkte zugeordnet werden, zu denen sie Nachrichten an die anderen Knoten schicken. Die lokale Uhr eines jeden Knotens kann durch einen Drift von der eigentlichen Zeit abweichen. Diese Abweichung wird mittels eines Synchronisationsverfahrens kompensiert.
@techreport{b-csf4t-12, author = {Bartols, Florian}, title = {{Cluster Simulation of Real-time Ethernet based Electronic Control Units in Context of Automotive Applications: Extending FIBEX for Real-time Ethernet}}, month = sep, year = {2012}, institution = {CoRE Research Group, Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, groups = {own, seminar, simulation, ttethernet}, langid = {english} }
The increasing complexity of automotive networks and their high bandwidth requirements will demand new concepts in networking of electronic automotive components. TTEthernet is a suitable candidate to solve this problem. In order to allow testing of control units in an early point in the development process, cluster simulation has been established as an adequate manner and therefore in this project it is developed for Real-time Ethernet using the example of TTEthernet. This work realizes a FIBEX extension for TTEthernet and presents an approach for model-to-model transformation of the proprietary TTEthernet-Network-Description to the developed FIBEX extension.
@inproceedings{slksh-tiice-12, author = {Steinbach, Till and Lim, Hyung-Taek and Korf, Franz and Schmidt, Thomas C. and Herrscher, Daniel and Wolisz, Adam}, title = {{Tomorrow's In-Car Interconnect? A Competitive Evaluation of IEEE 802.1 AVB and Time-Triggered Ethernet (AS6802)}}, booktitle = {2012 IEEE Vehicular Technology Conference (VTC Fall)}, month = sep, year = {2012}, publisher = {IEEE Press}, address = {Piscataway, NJ, USA}, issn = {1090-3038}, doi = {10.1109/VTCFall.2012.6398932}, eprinttype = {ieeexplore}, eprint = {6398932}, groups = {own, publications}, langid = {english} }
Ethernet-based in-car communication is currently a hot topic in the automotive industry. Soon Ethernet will start to oust MOST bus in its domain of info- and entertainment applications. However, the full benefit of a technologically integrated in-car network will only become rewarding with the deployment of an Ethernet-based backbone that integrates all automotive domains on a single layer at increased bandwidth, reduced complexity and cost, while opening car intelligence for future innovations. Such backbone must transport critical control data in real-time. Standard Ethernet requires extensions to comply with the strict timing requirements of driver assistance and safety applications while simultaneously supporting broadband multimedia traffic. In this paper, we compare IEEE 802.1 AVB and Time-triggered Ethernet, two competing real-time approaches. While the first fosters over- provisioning and prioritisation, the second is based on a coordinated time-division-multiple-access (TDMA) policy for media access. By simulating a realistic in-car backbone design and traffic model, we reveal the strengths and weaknesses of both protocols and point to the diverging characteristics of event- and time-triggered policies. Our results show that in this in-car network scenario both protocols are able to meet the rigid timing requirements, while each has its unique benefits and disadvantages.
@article{sks-seeef-12, author = {Steinbach, Till and Korf, Franz and Schmidt, Thomas C.}, title = {{Simulation und Evaluation von Echtzeit-Ethernet in Fahrzeugnetzen}}, journal = {PIK - Praxis der Informationsverarbeitung und Kommunikation}, month = may, year = {2012}, pages = {67--74}, volume = {35}, number = {2}, publisher = {De Gruyter}, address = {Berlin}, issn = {0930-5157}, groups = {own, publications, simulation}, langid = {ngerman} }
Die Zunahme von elektronischen Systemen insbesondere im Fahrerassistenz- und Komfortbereich der Fahrzeuge drängt die etablierten Automotive-Kommunikations\-technologien an die Grenze ihrer Leistungsfähigkeit. Ein neuer Ansatz für die Kommunikation zwischen Steuergeräten ist Ethernet im Automobil. Echtzeiterweiterungen haben den Einsatzbereich von Standard-Switched-Ethernet auf zeitkritische Anwendungen ausgedehnt. Diese Arbeit stellt eine simulationsbasierte Evaluationsstrategie für Echtzeit-Ethernet-basierte Vermittlungsinfrastrukturen im Fahrzeug vor. Wir führen eine gründliche Analyse des zugrundeliegenden Simulationsmodells durch, welche die Simulationsergebnisse mit Berechnungen eines mathematischen Modells und Messungen auf echter Hardware vergleicht. Sehr präzise Übereinstimmungen belegen die Gültigkeit der Implementierung und der mit ihr ermittelten Kenngrößen.
@mastersthesis{k-dftte-12, author = {{Dieumo Kenfack}, Hermand}, title = {{Designmigrationsstrategien von FlexRay nach Time-Triggered Ethernet}}, month = apr, year = {2012}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {mastersthesis}, entrysubtype = {mastersthesis}, groups = {own, thesis, ttethernet, flexray}, langid = {ngerman} }
Ein Automobil-Netzwerk ist ein komplexes, verteiltes System, an das eine Vielfalt von An- forderungen (Determinismus, hohe Bandbreite, etc.) gestellt werden. Viele herkömmliche Protokolle wie LIN und CAN sind diesen Anforderungen nicht gewachsen. Daher werden al- ternative Lösungen untersucht. Momentan gibt es zwei viel versprechende Lösungen: FlexRay und TTEthernet. Obwohl FlexRay sich in der Automobil-Industrie bereits etabliert hat, weist TTEthernet zusätzliche Vorteile (preiswerter, höhere Bandbreite, etc.) auf. So ist der Wechsel von FlexRay nach TTEthernet lohnenswert. In dieser Arbeit werden Migrationsstrategien, welche demonstrieren, dass dieser Wechsel möglich ist, entwickelt. Dabei wird der Fokus auf das Kommunikationsmodell der verteilten Anwendungen gelegt. Die Migrationsstrategien werden anhand ausgewählter Automobil-Anwendungen validiert.
@techreport{b-cstte-12, author = {Bartols, Florian}, title = {{Cluster Simulation of Real-time Ethernet based Electronic Control Units in Context of Automotive Applications}}, month = feb, year = {2012}, institution = {CoRE Research Group, Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, groups = {own, seminar, simulation, ttethernet}, langid = {english} }
The increasing complexity of automotive networks and their high bandwidth requirements will demand new concepts in networking. TTEthernet is a suitable candidate to solve this problem. In order to allow testing of control units in an early point in the development process, cluster simulation has been established as an adequate manner and therefore it is developed for the TTEthernet protocol in this project. This paper gives an outlook of my upcoming Master’s thesis and presents the work packages and the remaining risks.
@techreport{g-hscdr-12b, author = {Gro{\ss}, Friedrich}, title = {{HW/SW Codesign f{\"u}r Real-time Ethernet basierte Steuerger{\"a}te - Related Work}}, year = {2012}, institution = {CoRE Research Group, Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, groups = {own, seminar}, langid = {ngerman} }
@mastersthesis{j-rfaml-12, author = {Jungnickel, Ruben}, title = {{Eine ressourcenoptimierte Fahrbahnerkennung f{\"u}r Automobile mittels Laserscanner}}, year = {2012}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {bachelorsthesis}, entrysubtype = {bachelorsthesis}, groups = {own, thesis}, langid = {ngerman} }
@inproceedings{msks-reppa-11, author = {M{\"u}ller, Kai and Steinbach, Till and Korf, Franz and Schmidt, Thomas C.}, title = {{A Real-time Ethernet Prototype Platform for Automotive Applications}}, booktitle = {2011 IEEE International Conference on Consumer Electronics - Berlin (ICCE-Berlin)}, location = {Berlin}, month = sep, year = {2011}, pages = {221--225}, publisher = {IEEE Press}, address = {Piscataway, NJ, USA}, isbn = {978-1-4577-0233-4}, doi = {10.1109/ICCE-Berlin.2011.6031866}, eprinttype = {ieeexplore}, eprint = {6031866}, groups = {own, publications}, langid = {english}, modificationdate = {2024-12-06T11:52:39} }
The increasing number of driver assistance, infotainment and entertainment systems in automobiles results in higher requirements for bandwidth, fault tolerance and timing behaviour concerning the in-vehicle communication structure. In future, in-vehicle networks based on current technologies will reach their limits due to insufficient scalability and complexity. Real-time (RT) Ethernet is a new, scalable approach to reduce the complexity of these networks significantly. This paper demonstrates the architecture of a RT Ethernet prototype platform based on an ARM centred system-on-chip, which achieves timing and bandwidth characteristics of a typical future automotive application. It is based on an advanced interrupt driven architecture.
@inproceedings{sks-reaas-11, author = {Steinbach, Till and Korf, Franz and Schmidt, Thomas C.}, title = {{Real-time Ethernet for Automotive Applications: A Solution for Future In-Car Networks}}, booktitle = {2011 IEEE International Conference on Consumer Electronics - Berlin (ICCE-Berlin)}, location = {Berlin}, month = sep, year = {2011}, pages = {216--220}, publisher = {IEEE Press}, address = {Piscataway, NJ, USA}, isbn = {978-1-4577-0233-4}, doi = {10.1109/ICCE-Berlin.2011.6031843}, eprinttype = {ieeexplore}, eprint = {6031843}, groups = {own, publications}, langid = {english} }
Data networks of today’s automobiles form a complex conglomerate of heterogeneously interconnected components. At the same time, high additional demands for future in-car communication systems are emerging from chassis control, camera based driver assistance and infotainment that cannot be accommodated by established technologies. A new approach towards a flexible highly scalable in-car network is real-time Ethernet. In this paper we discuss the upcoming requirements and argue why current in-car network designs are not suitable for future tasks. By demonstrating how a camera based time-critical driver assistance application can be integrated into a real-time Ethernet based in-car network, we present a typical use case for automotive broadband real-time communication and show application related design and configuration decisions.
@techreport{b-rttrw-11, author = {Bartols, Florian}, title = {{Restbussimulation von Time-Triggered Ethernet in Automotive Anwendungen: Verwandte Arbeiten}}, month = aug, year = {2011}, institution = {CoRE Research Group, Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, groups = {own, seminar, simulation, ttethernet}, langid = {ngerman} }
Die zunehmende Komplexität automobiler Netzwerke und deren hohe Bandbreitenanforderungen erfordert neue Konzepte in der Vernetzung. TTEthernet ist ein geeigneter Kandidat diese Problemstellung zu lösen. Um Frühzeitig im Entwicklungsprozess Steuergeräte zu testen hat sich die Restbussimulation als adäquates Mittel etabliert und wird im Projekt für das TTEthernet-Protokoll erarbeitet. Diese Arbeit gibt einen Überblick über verwandte Projekte und Arbeiten und führt Gemeinsamkeiten und Unterschiede auf.
@mastersthesis{g-mmptn-11, author = {Gro{\ss}, Friedrich}, title = {{Mikrocontroller basierte Messung von Paketlaufzeiten in Time-Triggered-Ethernet Netzwerken}}, month = aug, year = {2011}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {bachelorsthesis}, entrysubtype = {bachelorsthesis}, groups = {own, thesis, clock-sync, synchronization}, langid = {ngerman} }
Diese Arbeit befasst sich mit der Entwicklung eines Messgeräts, mit dem Paketlaufzeiten im Time-Triggered-Ethernet gemessen werden können. Eine weitere Messart ermöglicht das Messen des Jitters eines Time-Triggered-Senders. Das Messgerät kann sich auf die im Netzwerk ausgehandelte Zeit synchronisieren, sodass die Messergebnisse in der Zeitbasis des Netzwerks dargestellt werden können. Solche Messungen sind notwendig, um festzustellen ob Echtzeitanforderungen von Hardware und Netzwerk erfüllt werden können.
@mastersthesis{k-eucbb-11, author = {Kamieth, Jan}, title = {{Entwurf einer Mikrocontroller basierten Bridge zur Kopplung von CAN Bussen {\"u}ber Time-Triggered Realtime Ethernet}}, month = aug, year = {2011}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {bachelorsthesis}, entrysubtype = {bachelorsthesis}, groups = {own, thesis}, langid = {ngerman} }
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung und Implementation einer Bridge, mit der zwei oder mehrere CAN-Busse über ein Time Triggered Realtime Ethernet, welches auf der Spezifikation von TTTech basiert, verbunden werden können. Konzipiert wird die Bridge für einen Einsatz im Automobilbereich, um den Anforderungen moderner Fahrzeugtechniken,wie den X-by-Wire Systemen und Multimediaanwendungen, gerecht zu werden. Das Hauptaugenmerk beim Design wird auf die effektive Nutzung der Bandbreite und Echtzeitfähigkeit gelegt. Um diese Ziele zu erreichen, werden unterschiedliche Verfahren zu den Themen Arbitrierung,Routing, Nachrichtenklassen und Nutzung des Ethernet Payloads diskutiert. Das Ende der Arbeit befasst sich mit der Implementation und Verifikation der Bridge.
@mastersthesis{k-sarct-11, author = {Kempf, Fabian}, title = {{Simulation von AFDX-Netzwerken basierend auf Rate-Constrained Traffic f{\"u}r Time-Triggered Ethernet in OMNeT++}}, month = aug, year = {2011}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {bachelorsthesis}, entrysubtype = {bachelorsthesis}, groups = {own, thesis, simulation, omnet}, langid = {ngerman} }
Diese Arbeit befasst sich mit der diskreten, eventbasierten Simulation einer Echtzeit- Ethernet Lösung in der OMNeT++ Simulationsumgebung. Als Grundlage dient dabei die Rate-Constrained Traffic Klasse des von TTTech entwickelten Time-Triggered Ethernet Protokolls, das drei unterschiedliche Arten des Netzwerk-Traffics über den gleichen Nachrichtenkanal überträgt. Hierbei werden die Konzepte des AFDXProtokolls beschrieben, auf denen der zu implementierende Modus basiert. Nach dem Entwurf und der Implementierung der benötigten Komponenten wird das Verhalten des Modells in unterschiedlichen Szenarien validiert und anschließend kleinere Netzwerke analysiert.
@mastersthesis{m-ttees-11, author = {M{\"u}ller, Kai}, title = {{Time-Triggered Ethernet f{\"u}r eingebettete Systeme: Design, Umsetzung und Validierung einer echtzeitf{\"a}higen Netzwerkstack-Architektur}}, month = aug, year = {2011}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {bachelorsthesis}, entrysubtype = {bachelorsthesis}, groups = {own, thesis, ttethernet}, langid = {ngerman} }
Automotive-Anwendungen steigen in Zukunft stetig in ihrer Anzahl und Komplexität. Es ist absehbar, dass momentane Ansätze an ihre Grenzen stoßen werden. Ethernet hat sich in der Computertechnik etabliert und als flexibles und hoch skalierbares Protokoll erwiesen. TTEthernet ist eine Neuentwicklung und richtet sich dabei speziell an die Anforderungen des Automotive-Bereichs. In dieser Arbeit wurde unter der Wahl geeigneter Hardware ein Konzept entwickelt und umgesetzt, welches der TTEthernet Spezifikation gerecht wird. Der entwickelte Prototyp erfüllt realistische Zeitanforderungen des Automotive Bereichs und ist somit der erste Ansatz seiner Art. Durch gründliche Analyse des Systems unter Last konnte seine Korrektheit nachgewiesen werden. Weiterhin wurden typische Metriken des Prototyps mit Bezug auf Echtzeitanforderungen mit Hilfe unterschiedlicher Messverfahren bestimmt und verglichen.
@mastersthesis{s-mcrsl-11, author = {Stepanov, Vitalij}, title = {{Mikrocontroller und CAN-basierte verteilte Regelung einer Steer-by-Wire Lenkung mit harten Echtzeitanforderungen}}, month = aug, year = {2011}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {bachelorsthesis}, entrysubtype = {bachelorsthesis}, groups = {own, thesis}, langid = {ngerman} }
Der Gegenstand dieser Bachelorarbeit ist die Entwicklung einer Mikrocontroller-basierten Steer-by-Wire Lenkung. Die Vorteile wie dynamische Anpassung des Lenkungsverhaltens und geschwindigkeitsabhängige Lenkung werden untersucht und demonstriert. Mit einem Schalter lässt sich zwischen einer gewöhnlichen Lenkung für den Stadtverkehr und einer sehr direkten Sportlenkung umschalten. Eine externe Schnittstelle erlaubt die Lenkung wunschgerecht anpassen und damit jedes beliebige Fahrzeug emulieren. Mit dem Force Feedback wird die Verbindung zu der Fahrbahn hergestellt. Eine sehr flexible Architektur erlaubt den Einsatz der Regelung sowohl innerhalb eines CAN Busses als auch in einem Real-time Ethernet Netzwerk.
@inproceedings{sks-semef-11, author = {Steinbach, Till and Korf, Franz and Schmidt, Thomas C.}, editor = {Wolfinger, Bernd E. and Heidtmann, Klaus-D.}, title = {{Simulationsbasierte Evaluierung von Metriken in Echtzeit-Ethernet basierten Fahrzeugnetzen}}, booktitle = {6ter GI/ITG-Workshop Leistungs-, Zuverl{\"a}ssigkeits- und Verl{\"a}sslichkeitsbewertung von Kommunikationsnetzen und verteilten Systeme (MMBnet 2011)}, location = {Hamburg}, month = aug, year = {2011}, pages = {9--20}, publisher = {Universit{\"a}t Hamburg}, address = {Hamburg}, groups = {own, publications, simulation}, langid = {ngerman} }
Durch die Zunahme von elektronischen Systemen, insbesondere im Fahrerassistenz- und Komfortbereich, kommen die etablierten Automotive-Kommunikationstechnologien an die Grenze ihrer Leistungsfähigkeit. Ein neuer Ansatz für die Kommunikation zwischen Steuergeräten im Automobil ist der Einsatz von Ethernet. Echtzeit-Erweiterungen haben den Einsatzbereich von standard switched Ethernet auf zeitkritische Anwendungen ausgedehnt. Diese Arbeit leistet einen Beitrag zur Bewertung dieser neuen Konzepte, indem eine simulationsbasierte Evaluierungstrategie für die Ermittlung von Kenngrößen (Metriken) Echtzeit- Ethernet-basierter Vermittlungsinfrastrukturen entwickelt wird. Eine gründliche Analyse des Simulationsmodells, welche die Simulationsergebnisse mit Berechnungen eines mathematischen Modells und Messungen auf echter Hardware vergleicht, belegt die Gültigkeit der Implementierung und der mit ihr ermittelten Kenngrößen.
@inproceedings{bsks-pateo-10, author = {Bartols, Florian and Steinbach, Till and Korf, Franz and Schmidt, Thomas C.}, title = {{Performance Analysis of Time-Triggered Ether-Networks Using Off-the-Shelf-Components}}, booktitle = {14th IEEE International Symposium on Object / Component / Service-Oriented Real-Time Distributed Computing Workshops (ISORCW) 2011}, location = {Newport Beach}, month = mar, year = {2011}, pages = {49--56}, publisher = {IEEE Press}, address = {Piscataway, NJ, USA}, isbn = {978-1-4577-0303-4}, doi = {10.1109/ISORCW.2011.16}, eprinttype = {ieeexplore}, eprint = {5753511}, groups = {own, publications, clock-sync, synchronization}, langid = {english} }
The performance analysis and validation of distributed real-time systems poses significant challenges due to high accuracy requirements at the measurement tools. A fully synchronized time-scale at ultrafine granularity is not easy to generate. Even though there are several analyzer tools for standard switched Ethernet, these tools cannot be applied in time-triggered networks, since they do not meet the requirements of synchronized packet generation. This paper introduces a low cost and lightweight approach to measure end-to-end latency of time-triggered Ethernet traffic with off-the-shelf components. By using standard computer hardware and a real-time Linux Kernel, it is shown that measurement can be achieved in a resolution of microseconds. Furthermore, a validation with an Ethernet performance analyzer and a mathematical framework is presented to check the given results.
@inproceedings{sdkks-eifre-11, author = {Steinbach, Till and {Dieumo Kenfack}, Hermand and Korf, Franz and Schmidt, Thomas C.}, title = {{An Extension of the OMNeT++ INET Framework for Simulating Real-time Ethernet with High Accuracy}}, booktitle = {Proceedings of the 4th International ICST Conference on Simulation Tools and Techniques}, location = {Barcelona, Spain}, month = mar, year = {2011}, pages = {375--382}, publisher = {ACM-DL}, address = {New York}, isbn = {978-1-936968-00-8}, eprinttype = {acmdl}, eprint = {2151120}, groups = {own, publications, simulation, omnet, ttethernet}, langid = {english} }
Real-time extensions to standard switched Ethernet widen the realm of computer networking into the time-critical domain. These technologies have started to establish in process automation, while Ethernet-based communication infrastructures in vehicles are novel and challenged by particularly hard real-time constraints. Simulation tools are of vital importance to explore the technical feasibility and facilitate the distributed process of vehicle infrastructure design. This paper introduces an extension of the OMNeT++ INET framework for simulating real-time Ethernet with high temporal accuracy. Our module implements the TTEthernet protocol, a real-time extension to standard Ethernet that is proposed for standardisation. We present the major implementation aspects of the simulation model and apply our tool to an abstract in-vehicle backbone. A careful evaluation that compares our results with calculations obtained from a mathematical framework, as well as with real-world measurements using TTEthernet hardware shows simulation and reality in good agreement.
@techreport{b-rttea-11, author = {Bartols, Florian}, title = {{Restbussimulation von Time-Triggered Ethernet in Automotive Anwendungen -- AW1 Ausarbeitung}}, month = feb, year = {2011}, institution = {CoRE Research Group, Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, groups = {own, seminar, simulation}, langid = {ngerman} }
Heutige Automobile sind komplexe verteile Systeme und verfügen über eine Vielzahl von Steuergeräten für Fahrerassistenz- und Komfortsysteme. Für frühzeitiges Testen im Entwicklungsprozess dieser Geräte wird die Restbussimulation eingesetzt. Die verwendeten Bussysteme stoßen mit ihren geringen Bandbreiten an die Grenzen neuer kamerabasierter Systeme. Time-Triggered Ethernet ist als möglicher Lösungskandidat im Gespräch hohe Bandbreiten bei gleichzeitiger Echtzeitfähigkeit anzubieten. Allerdings fehlt bislang ein geeignetes Werkzeug, das die Restbussimulation basierend auf Time-Triggered Ethernet bietet. In dieser Arbeit werden die Grundlagen der Restbussimulation und die von Time-Triggered Ethernet besprochen. Eine Analyse der Anforderungen, Problemstellungen und Risiken werden dargelegt und es wird ein Ausblick auf kommende Arbeiten gegeben.
@mastersthesis{s-reaam-11, author = {Steinbach, Till}, title = {{Echtzeit-Ethernet f{\"u}r Anwendungen im Automobil: Metriken und deren simulationsbasierte Evaluierung am Beispiel von TTEthernet}}, month = feb, year = {2011}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {mastersthesis}, entrysubtype = {mastersthesis}, groups = {own, thesis, simulation, ttethernet}, langid = {ngerman} }
Durch die Zunahme von elektronischen Systemen, insbesondere im Fahrerassistenz- und Komfortbereich, kommen die etablierten Automotive-Kommunikationstechnologien an die Grenze ihrer Leistungsfähigkeit. Ein neuer Ansatz für die Kommunikation zwischen Steuergeräten im Automobil ist der Einsatz von Ethernet. Echtzeit-Erweiterungen haben den Einsatzbereich von standard switched Ethernet auf zeitkritische Anwendungen ausgedehnt. Diese Arbeit leistet einen Beitrag zur Bewertung dieser neuen Konzepte, indem eine simulationsbasierte Evaluierungstrategie für die Ermittlung von Kenngrößen (Metriken) Echtzeit-Ethernet-basierter Vermittlungsinfrastrukturen entwickelt wird. Eine Überprüfung anhand einer Fallstudie einer realen Applikation zeigt, dass sich der entwickelte Evaluierungsprozess für erste Untersuchungen von Ethernet-basierten Automotive-Anwendungen gut eignet. Eine gründliche Analyse des Simulationsmodells, welche die Simulationsergebnisse mit Berechnungen eines mathematischen Modells und Messungen auf echter Hardware vergleicht, belegt die Gültigkeit der Implementierung und der mit ihr ermittelten Kenngrößen.
@techreport{k-dftte-11, author = {{Dieumo Kenfack}, Hermand}, title = {{Designmigrationsstrategien von FlexRay zu TTEthernet}}, year = {2011}, institution = {CoRE Research Group, Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, groups = {own, seminar, ttethernet, flexray}, langid = {ngerman} }
@techreport{k-tteps-10, author = {{Dieumo Kenfack}, Hermand}, title = {{TTEthernet Protokollstack f{\"u}r OMNeT++}}, month = nov, year = {2010}, institution = {CoRE Research Group, Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, groups = {own, seminar, omnet, ttethernet}, langid = {ngerman} }
@techreport{k-eclps-10, author = {{Dieumo Kenfack}, Hermand}, title = {{Erzeugung von charakteristischen Last-Profilen zur simulationsgest{\"u}tzten Analyse von TTEthernet}}, month = aug, year = {2010}, institution = {CoRE Research Group, Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, groups = {own, seminar, simulation, ttethernet}, langid = {ngerman} }
@mastersthesis{b-lttek-10, author = {Bartols, Florian}, title = {{Leistungsmessung von Time-Triggered Ethernet Komponenten unter harten Echtzeitbedingungen mithilfe modifizierter Linux-Treiber}}, month = jul, year = {2010}, school = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, address = {Hamburg}, type = {bachelorsthesis}, entrysubtype = {bachelorsthesis}, groups = {own, thesis}, langid = {ngerman} }
Diese Arbeit befasst sich mit dem Echtzeitübertragungsprotokoll Time-Triggered Ethernet. Es werden zuerst Grundlagen einer Echtzeiterweiterung im Linux-Kernel und dem standard Ethernet behandelt. Eine anschließende genaue Betrachtung von Time-Triggered Ethernet folgt. Aufbauend auf den Grundlagen wird die Implementierung einer Messsoftware und die dazugehörige Modifizierung von Linux-Treibern erklärt und im Folgenden die Ergebnisse aus der Messung diskutiert.
@techreport{s-peste-10, author = {Steinbach, Till}, title = {{Eine Plattform f{\"u}r die eventbasierte Simulation von time-triggered Ethernet Netzwerken}}, month = jul, year = {2010}, institution = {CoRE Research Group, Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, groups = {own, seminar, simulation}, langid = {ngerman} }
Eine entscheidende Grundlage für die Bewertung von Ethernet-basierten Vermittungsinfrastrukturen im KFZ bilden Metriken. Auf ihrer Basis können Abschätzungen zum Erfolg im technologischen wie wirtschaftlichen Bereich durchgeführt werden. Mit einer simulationsbasierten Evaluationsstrategie lassen sich neue Konzepte für Vermittlungsinfrastrukturen zuverlässig validieren. Dieser Bericht beschreibt die Arbeiten, die während der zweiten Projektphase des Masterprojektes im Bereich Planung, Erstellung und Überprüfung einer Simulationsumgebung durchgeführt wurden. Dieser Bericht richtet sich an Leser, die bereits mit der Thematik vertraut sind. Dokumente für einen Einstieg in die Thematik sind an ver- schiedenen Stellen referenziert.
@inproceedings{sks-ctefe-10, author = {Steinbach, Till and Korf, Franz and Schmidt, Thomas C.}, title = {{Comparing Time-Triggered Ethernet with FlexRay: An Evaluation of Competing Approaches to Real-time for In-Vehicle Networks}}, booktitle = {8th IEEE Intern. Workshop on Factory Communication Systems}, location = {Nancy-France}, month = may, year = {2010}, pages = {199--202}, publisher = {IEEE Press}, address = {Piscataway, NJ, USA}, doi = {10.1109/WFCS.2010.5548606}, eprinttype = {ieeexplore}, eprint = {5548606}, groups = {own, publications, flexray}, langid = {english} }
FlexRay is considered the next generation state-of-the-art technology for in-car networks, while time-triggered Ethernet emerges with the promise to integrate real-time and best-effort traffic into one homogeneous backbone. This paper contributes a competitive analysis of FlexRay and time-triggered Ethernet. By showing that it is possible to transfer a fully utilized FlexRay system, to a system based on time-triggered Ethernet, it is demonstrated that time-triggered Ethernet is a suitable replacement of current in-vehicle bus-systems. Further it is shown that a switched system has advantages in bandwidth utilization over a shared bus, when using group communication.
@techreport{s-reaam-10, author = {Steinbach, Till}, title = {{Realtime-Ethernet f{\"u}r automotive Anwendungen: Metriken und deren simulationsbasierte Evaluierung am Beispiel von TTEthernet}}, month = feb, year = {2010}, institution = {CoRE Research Group, Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, groups = {own, seminar, simulation, ttethernet}, langid = {ngerman} }
Da die Anforderungen an die Kommunikation von Fahrzeugsystemen stetig steigen, werden neue Ansätze für Kommunikationsnetzwerke auf Basis von Echtzeit-Ethernet entwickelt, welche strikten Real-time-Anforderungen genügen und gleichzeitig flexible Unterstützung für Datenverkehr mit schwächeren Anforderungen bieten. Dieser Bericht fasst die Vorarbeiten zur kommenden Masterarbeit im Bereich der simulationsbasierten Evaluierung von Netzwerk-Metriken zusammen und beschreibt das kommende Vorgehen.
@techreport{s-ebeap-09, author = {Steinbach, Till}, title = {{Ethernet als Bus f{\"u}r Echtzeitanwendungen im Automobil - Projektbericht}}, month = sep, year = {2009}, institution = {CoRE Research Group, Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, groups = {own, seminar, simulation, ttethernet}, langid = {ngerman} }
Die Anforderungen an die Kommunikation von Fahrzeugsystemen steigen stetig, neue Ansätze für Kommunikationsnetzwerke in Fahrzeugen sind gewünscht. Diese Netzwerke müssen strikten real-time Anforderungen genügen und gleichzeitig flexible Unterstützung für Datenverkehr mit schwächeren Anforderungen bieten. Ein neuer Ansatz für Real-time Kommunikation über Ethernet ist TTEthernet. Dieser Bericht beschreibt die Arbeiten, die während der ersten Projektphase des Masterprojektes im Bereich Bewertung und Erstellung einer Simulationsumgebung durchgeführt wurden. Dieser Bericht richtet sich an Leser, die bereits mit der Thematik vertraut sind. Dokumente für einen Einstieg in die Thematik sind an verschiedenen Stellen referenziert.
@techreport{s-ttefr-09, author = {Steinbach, Till}, title = {{Time-Triggered Ethernet in Fahrzeugnetzwerken -- Related Work}}, month = jun, year = {2009}, institution = {CoRE Research Group, Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, groups = {own, seminar, ttethernet}, langid = {ngerman} }
Die Anforderungen an die Kommunikation von Fahrzeugsystemen steigen stetig, neue Ansätze für Kommunikationsnetzwerke in Fahrzeugen sind gewünscht. Diese Netzwerke müssen strikten real-time Anforderungen genügen und gleichzeitig flexible Unterstützung für Datenverkehr mit schwächeren Anforderungen bieten. Ein neuer Ansatz für real-time Kommunikation über Ethernet ist TTEthernet. Die TTEthernet Technologie ist noch jung; eine umfassende Bewertung hat bisher noch nicht stattgefunden. In diesem Dokument werden Arbeiten und Gremien vorgestellt, welche für die TTEthernet-Technologie und ihre Analyse von Relevanz sind.
@techreport{k-sttea-09, author = {{Dieumo Kenfack}, Hermand}, title = {{Simulation von Time-Triggered Ethernet im Automobilkontext mit OMNeT++: Einf{\"u}hrung}}, year = {2009}, institution = {CoRE Research Group, Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, groups = {own, seminar, simulation, omnet}, langid = {ngerman} }
@techreport{s-ebea-08, author = {Steinbach, Till}, title = {{Ethernet als Bus f{\"u}r Echtzeitanwendungen im Automobil}}, month = dec, year = {2008}, institution = {CoRE Research Group, Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften Hamburg}, groups = {own, seminar}, langid = {ngerman} }
Im Automobil wächst der Anteil von Elektronik rapide. Neben Fahrerassistenzsystemen wie der Antriebsschlupfregelung (ASR) oder dem Elektronischen Stabilitätsprogramm (ESP) oder dem Einsatz der Ẍ-by-Wire\"-Technologie nimmt vor allem der Anteil von Entertainment- und Telekommunikationssystemen zu. Heute eingesetzte Bussysteme sind auf spezielle Anwendungen zugeschnitten und die Grenzen ihrer Leistungsfähigkeit. Diese Arbeit erklärt die Motivation für den Einsatz der Ethernet-Technologie im Automobil, stellt die wichtigsten Anforderungen vor und gibt einen überblick über Konzepte aus der Automatisierungsbranche, um diese Anforderungen zu erfüllen. Im Bereich der Prozessautomatisierung werden bereits einige Echtzeit-Ethernet-Lösungen angeboten und eingesetzt.