Call for Papers

Energieeffiziente Entwurfsmuster für das Internet der Dinge ( Vortrag )

Möglichkeiten und Perspektiven für Single- und Multicore

Referent: Marco Schaarschmidt, Hochschule Osnabrück
Vortragsreihe: IoT II
Zeit: 05.12.18 17:35-18:15
Co-Referenten: Christian Fuhrmann B. Sc. (Hochschule Osnabrück, wissenschaftlicher Mitarbeiter), Prof. Dr.-Ing. Michael Uelschen (Hochschule Osnabrück, Professor für Software-Engineering), Prof. Dr.-Ing. Clemens Westerkamp (Hochschule Osnabrück, Professor für Embedded Systems), Prof. Dr.-Ing. Elke Pulvermüller (Uni Osnabrück, Professorin für Embedded Software Engineering)

Zielgruppe

Forschung&Lehre

Themenbereiche

Anforderungen definieren und verfolgen, Analyse & Design, Implementierung, Aus Forschung & Lehre

Schwerpunkt

Methode

Voraussetzungen

Grundlagenwissen

Kurzfassung

Ein Software-Design zur Reduzierung des Energieverbrauchs ist für mobile eingebettete Systeme im Internet der Dinge zwingend erforderlich. Der Verbrauch eines Systems wird durch die Auswahl des Mikrocontrollers und externer Peripherie bestimmt. Aktuelle und zukünftige Architekturen erfordern neue Entwurfsmuster, um die technischen Möglichkeiten auszunutzen. Soll eine Software energieeffizient mit der Hardware interagieren, so sind spezifische Energiesparfunktionen des Mikrocontrollers schon frühzeitig bei der Modellierung geeigneter Anwendungen zu berücksichtigen. Diese energieoptimierten Eigenheiten der Komponenten eines Systems erfordern ein erhöhtes Maß an Software-Design Entscheidungen, die häufig von Entwurfsmustern adressiert werden. Beispiele sind die Vorverarbeitung von Daten, intelligente Nutzung der Power-Modi des Systems, eine Stromsparstrategie wie „Race-to-Sleep“ oder die periodische Übertragung von Daten, um den Mehraufwand für die Re-Initialisierung zu vermeiden.

Gliederung

Der Beitrag orientiert sich an den Fragestellungen wie die Energiespareigenschaften der Architektur möglichst früh in den Software-Entwicklungsprozess integriert werden kann und wie der Einsatz spezieller Entwurfsmuster den Energieverbrauch des Gesamtsystems reduzieren kann.
Hierzu wird zuerst ein Überblick bekannter Entwurfsmuster zur Energieeffizienz und die Übertragung auf eingebettete Systeme skizziert. Hierbei werden insbesondere Szenarien autarker und mobiler Systeme im Internet der Dinge hervorgehoben.
Anschließend folgt die Vorstellung ausgewählter und erprobter Entwurfsmuster, wie beispielsweise „Eingabe-Ausgabe-Verarbeitung-Schlaf“ (EVAS), die sich zur Vorlage für energieeffiziente Anwendungen eignen. Die Vor- und Nachteile der Entwurfsmuster werden aufgezeigt.
Der Beitrag wird an einem konkreten Beispiel die Erfahrungen und Best-Practices verdeutlichen. Es werden die Ergebnisse zusammengefasst und offene Punkte zur gemeinsamen Diskussion mit dem Auditorium gestellt.

Nutzen und Besonderheiten

Die aktuellen Forschungen zur Energieoptimierung eines Mikrokontrollers fokussieren auf Hardware-Aspekte, jedoch bleibt das Software-Design autarker, eingebetteter Systeme davon im Wesentlichen unberührt. In diesem Beitrag werden die Auswirkungen von Entwurfsmustern auf erzielbare Energiesparpotentiale untersucht und diskutiert. Dabei werden sowohl klassische (Singlecore) und speziell auf Multicore-Anwendungen zugeschnittene Muster berücksichtigt. Die Ziele der Untersuchungen sind u.a. die Bestimmung, welchen Einflussfaktor das Software-Verhalten auf den Energieverbrauch hat, und wo besondere Energiesparpotentiale bestehen. Die Ergebnisse geben einen ersten Hinweis darauf, ob ausgesuchte Muster und parallele Berechnungen sowie die Verteilung von Teilaufgaben auf unterschiedliche Prozessorkerne, stärker bei der modellbasierten Softwareentwicklung zu berücksichtigen sind. Aufgrund der heterogenen Hardware-Architekturen sind Maßnahmen zur Abstraktion erforderlich.

Über den Referenten

Ich bin Doktorand an der Fakultät Ingenieurwissenschaften und Informatik und wissenschaftlicher Mitarbeiter in einem Forschungsprojekt zur modellbasierten Entwicklung eingebetteter Systeme an der Hochschule Osnabrück. Meine Forschungsschwerpunkte liegen in den Bereichen der modellbasierten und energieeffizienten Softwareentwicklung sowie dem Internet der Dinge. Ich erwarb meinen B. Sc. und M. Sc. in Informatik an der Hochschule Osnabrück.