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Die Integration von Ethernet in künftige In-Fahrzeugnetze für Applikation des automatisierten Fahrens erweist sich als eine vielschichtige Aufgabe für Netzwerk-Ingenieure. Die damit einhergehende Komplexität steigt mit der größer werdenden Anzahl von kommunizierenden Geräten sowie mit den Funktionen im In-Fahrzeug Netzwerk-Ökosystem. Diese Netzwerke stellen sich als zeit- und sicherheitskritisch dar, die darüber hinaus diffizilen Echtzeitanforderungen gerecht werden müssen. Es gilt strenge Datenübertragungsdeadlines einzuhalten um die Systemvorhersagbarkeit und die Zuverlässigkeit der Uhrsynchronisation zu verbessern. Um letzteres zu gewährleisten ist eine schnelle Synchronisation der Start-up Zeit erforderlich, sowie eine robuste Uhrsynchronisation - ebenso im Falle des Auftretens eines Netzwerksfehlers. Des Weiteren sind zu den bereits genannten technischen Anforderungen ebenfalls Kosteneffizienzmaßnahmen zu beachten. Infolgedessen hat sich die Automobilindustrie für IEEE Ethernet Audio Video Bridging und Time Sensitive Networking (AVB/TSN) Standard Technologien entschieden. Einzelne AVB/TSN Datenbehandlungsmechanismen wurden bereits präzisiert oder sind gegenwärtig im Begriff spezifiziert zu werden, um sogenannte "Quality of Services" in Bezug auf eine (ultra) niedrige End-to-End Datenübertragungslatenz zu garantieren. Jedoch sind weitere Faktoren für das genaue Voraussagen des zeitlichen Verhaltens eines Systems um mithin die notwendigen Ressourcen garantieren zu können, für eine rechtzeitige Übertragung von kritischen Paketen. Daher haben sich mehrere wissenschaftliche Studien analytisch und experimentell mit dem Thema "maximale Latenzzeiten mit AVB" auseinandergesetzt. Diese werden im Rahmen der vorliegenden Arbeit diskutiert, verbessert und erweitert, um eine Lösung bezüglich der rechtzeitigen Übertragung von kritischen Daten zu liefern. Außerdem müssen die AVB/TSN Uhrsynchronisationsmechanismen am Start-up des Fahrzeugsystems beschleunigt werden. Dies wird ebenfalls durch eine Reihe von technischen Konzepten in der vorliegenden Abhandlung elaboriert. Überdies werden neue, fehlertolerante Uhrsynchronisationskonzepte vorgestellt, die zur Erreichung schnellere "Recovery" Zeiten dienlich sein werden.

Aufgabe eines reservierungsbasierten QoS-Systems ist die Garantie spezifischer Übertragungsparameter für Datenflüsse in Umgebungen mit begrenzten Ressourcen. Zu diesem Zweck muss das System verschiedene Anforderungen gegeneinander abwägen und eine Ressourcenzuteilung maximalen Wertes für die Nutzer finden. In existierenden Lösungen leidet die Ressourcenzuteilung unter eine Informationslücke: die Netzwerkschicht betrachtet einzelne Datenströme ohne Kenntnis ihrer Beziehungen in höheren Schichten. Durch diese Lücke kann es zur Zuteilung von Ressourcen an nicht nutzbare Reservierungen kommen, die auf andere, nicht aktive Ströme angewiesen sind. Dies resultiert in einer Verschwendung von Ressourcen, welche anderweitig besser zur Erbringung von Diensten genutzt werden könnten. Die vorliegende Arbeit schlägt ein QoS-System der Netzwerkschicht vor, welches Kenntnis über die existierenden Pfadbeziehungen besitzt. Diese werden als Ausdrücke der Aussagenlogik formuliert, in denen die Zustände der reservierten Pfade als Boolesche Variablen repräsentiert werden. Durch Auswertung der entsprechenden Ausdrücke kann der Optimierungsprozess verschwendete Ressourcen erkennen und vermeiden. Das Optimierungsproblem ist eine Instanz des Rucksackproblems mit Nebenbedingungen. Durch Umwandlung in ein Mixed Integer Linear Program können durch existierende Algorithmen wie Branch-and-Cut optimale Ressourcenzuteilungen in vertretbarer Zeit berechnet werden. Die vorliegenden Ergebnisse zeigen, dass die Optimierung ohne Kenntnis der Pfadbeziehungen in bestimmten Szenarien bis zu 75% der zugeteilten Ressourcen verschwendet. Eine Lösung dieses Problems erlaubt eine wesentlich effizientere Nutzung begrenzter Ressourcen und damit den Transport einer deutlich großen Zahl an Anwendungssitzungen. Zusammen mit einem netzseitigen Ressourcenmanagement, welches Reservierungen pausieren und fortsetzen kann, ist dieser Ansatz besonders für stark veränderliche Netze mit langen Übertragungsverzögerungen geeignet. Das Netz findet autonom eine optimale Ressourcenzuteilung, ohne die begrenzten Ressourcen durch zusätzliche Signalisierung zu belasten.