Ein Ausfall von komplexen elektronischen Systemen wie Flugzeug-Bordcomputer, Steuereinheiten in Autos oder aber Rechner von Weltraumsatelliten kann nicht nur teuer, sondern gleichzeitig auch gefährlich sein. Die Fachgruppe „Entwurf paralleler Systeme“ von Prof. Dr. Franz Josef Rammig aus dem Heinz Nixdorf Institut der Universität Paderborn beteiligte sich erfolgreich gemeinsam mit Hochschulen aus Braunschweig, Erlangen-Nürnberg, Kaiserslautern, München und Tübingen an dem Projekt „Autonome integrierte Systeme“ (AIS). Drei Jahre lang wurde erforscht, wie komplexe elektronische Systeme selbständig auf Störungen und Veränderungen der Umwelt reagieren können, um funktionstüchtig zu bleiben.
Der Beitrag aus dem HNI war von zentraler Bedeutung, denn das Team um Prof. Rammig sowie die beiden wissenschaftlichen Mitarbeiter Katharina Stahl und Daniel Baldin entwickelte eine Betriebssoftware, die erstmalig in der Lage ist, Fehler in der Hardware selbst zu erkennen und zu beheben. „Eine Kombination von Soft- und Hardware gab es so bislang noch nicht. Durch seine autonomen Komponenten ist das Betriebssystem erstmalig in der Lage, auf Hardwarefehler zu reagieren und diese somit vor einem Komplettausfall zu bewahren“, erklärt Baldin.
Reagieren heißt in diesem Fall, dass das Betriebssystem beispielsweise Fehler bei der Datenübertragung erkennt und bessere Übertragungswege sucht beziehungsweise innerhalb der Hardware den Ausfall von Modulen durch die Verlagerung der dortigen Prozesse auf ein anderes Modul verhindert. „Die Überhitzung eines Hardwaremoduls durch Überlastung ist zum Beispiel ein häufiger Ausfallgrund in einem elektronischen System. Die Betriebssoftware erkennt dieses Problem und kann den Arbeitsprozess auf ein Modul umleiten, das noch nicht überlastet ist. Somit kann sich das vorherige Modul wieder abkühlen“, erläutert Stahl.
In die serienmäßige Anwendung wird die Reparatursoftware in nächster Zeit aber nicht kommen. „Wenn es im normalen Heim-PC Probleme gibt, hilft meist der einfache Neustart. Unsere Software ist eher für sicherheitsrelevante Systeme von Nutzen, in denen es keine Ausfälle geben darf“, so Baldin.
Gefördert wurde das Projekt AIS, das zur sogenannten Electronic Design Automation (EDA)-Clusterforschung gehört, von einem Industriekonsortium und dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), das für die drei Jahre rund 1,4 Millionen Euro zur Verfügung stellte. Selbst wenn diese Arbeiten erst einmal abgeschlossen sind, werden Stahl und Baldin weiterforschen. „Der erste Schritt war die Kopplung der Software an die Hardware. Jetzt geht es im nächsten Schritt darum, dass die Software künftig auch Fehler erkennt, die durch äußere Einflüsse im elektronischen System hervorgerufen werden“, sagt Stahl.
Die Industrie – hier besonders die Automobil- und Luftfahrtbranche – zeigt Interesse an den weiteren Forschungen. „Die Koppelung von Soft- und Hardware stand in der sicherheitsrelevanten Industrie bislang noch nicht im Vordergrund, da sie die Software noch als zu fehlerhaft erachtet. Wir sind aber der Auffassung, dass es gerade die Softwaretechnik mit ihren großen Möglichkeiten ist, die die Hardwareprozesse künftig sicher macht“, sind sich Stahl und Baldin einig.
