用于提供时间信息的方法与流程

本发明涉及一种用于在至少一个应用的分布式系统中提供关于通信内容的时间信息的方法。此外，本发明涉及用于该目的的计算机程序以及分布式系统。

背景技术：

1、传统的中间件解决方案从现有技术中是已知的，所述中间件解决方案为应用提供通信内容并且考虑如最大时延之类的实时要求的qos(quality of service，服务质量)准则。从而，例如数据分发服务(data distribution service)(简称“dds”，参见https：//www.dds-foundation.org/)允许“截止日期”的声明性说明，所述“截止日期”说明最大持续时间，在所述最大持续时间内可以假设所交换的通信内容(也称为主题)的更新。以类似方式，dds允许指定“时延预算”，所述时延预算对中间件预先给定有多少时间可用于供应数据。

2、然而，传统的中间件解决方案仅在有限的范围内实施这些qos准则，例如从消息从源节点到达的时间点直至消息移交给目标节点用于处理的时间点。因此，中间件的传统解决方案只能考虑将数据包移交给它们的时间点以及它们在目标再次交付所述数据包的时间点(即“端到端”)。然而，中间件并不知道全部消息和/或数据特性。

3、此外，如qnx或linux之类的操作系统提供基于保留的调度机制(例如用于qnx的自适应分区或用于linux的sched_deadline)，所述调度机制允许控制所实施的功能性的如反应时间(英语：response time)之类的时间特性。然而，这些涉及各个计算节点，并且所提供的机制单独地并不适用于分布式环境中的分布式功能。因此，用于控制时间要求的单解决方案在现有技术中对于通信和计算资源是已知的。然而，存在对用于在分布式系统中充分处理端到端时间请求的解决方案的需求。充分注意端到端时延时间的要求可能是必要的，以便保证正确的功能行为和充分的性能。

技术实现思路

1、本发明的主题是具有权利要求1的特征的方法、具有权利要求14的特征的计算机程序以及具有权利要求15的特征的分布式系统。本发明的其他特征和细节从相应的从属权利要求、说明书和附图中得出。在此，结合根据本发明的方法描述的特征和细节当然也适用于结合根据本发明的计算机程序以及根据本发明的分布式系统，并且分别反之亦然，使得关于对本发明方面的公开内容，总是可以被相互参考。

2、在所公开的方法的情况下尤其是规定，优选地自动地和/或依次以所说明的顺序、优选地通过中间件实施以下提供步骤：

3、-提供关于通信内容的产生、尤其是通信内容的第一次产生的时间点的时间信息，例如通过传感器的检测和/或测量和/或输入和/或等等来提供，

4、-为通信内容的链式处理提供通信内容、尤其是功能链，所述链式处理包括通过至少一个应用、也即例如单个应用或多个应用的不同的处理块进行的至少一个中间处理以及目标处理。

5、因此，可以通过处理块提供功能链。然而，处理块可以彼此独立地被实施，例如被实施为一个或多个应用的进程或分别被实施为自身应用的一部分。因此也可设想的是，处理块分别是自身应用的一部分，使得功能链可以由多个彼此独立地实施的应用构成。独立实施可以涉及处理块分别由自身的计算节点并行地和/或硬件彼此独立地被实施。部分地也可以规定，处理块不具有自身的计算节点，而是共同地在一个计算节点上被实施。然而有利的是，仅仅在自身的计算节点上或通过自身的应用实施每个处理块。从而尤其是在具有不同性能供应和资源的系统的计算节点的异构设计方案的情况下可以实现功能链的更高效的分布。

6、此外可设想的是，优选地通过中间件为不同的处理块中的至少一个或多个或全部处理块提供时间信息，以便至少在目标处理时或甚至在中间处理时对时间信息执行评估用于评价经处理的通信内容。这具有以下优点，即可以可靠地不仅确定单个处理块的时延而且确定跨越整个链式处理的时延。

7、此外，处理块可以通过具有不同性能的系统的不同计算资源被提供和/或使用系统的不同通信资源来提供通信内容。由此，该方法可以具有以下优点，即跨越所有计算和通信资源在应用层面上以改善的方式操纵端到端时间要求是可能的。

8、经处理的通信内容可以是分别通过中间和/或目标处理所处理的通信内容，所述通信内容因此偏离最初产生的通信内容，但是基于所述最初产生的通信内容。例如当所产生的通信内容包括关于车辆环境的图像并且经处理的通信内容包括在图像中探测到的对象的列表时情况如此。通信内容必要时也可以被实施为主题。在下面，有效载荷、即在内容或功能方面相关联的数据被称为主题。对于链式处理，主题于是可以优选地在两个处理块、例如独立的应用或进程或软件部分之间被交换。

9、如果通过中间件实施提供步骤，则此外是有利的。中间件可以优选地提供处理块之间的通信，以便在链式处理时提供分配给通信内容的时间信息。必要时也可以被称为切换软件的中间件尤其是应用中立的程序，所述程序在处理块之间切换，以便能够降低复杂性和基础设施。可以规定，提供机制和相应的api(英语：application programminginterface(应用编程接口)，即编程接口)来改善中间件。在此情况下，特点可以是将至少一个或多个qos(英语：quality of service(服务质量))特性附加到所传达的主题上并且对其进行检查。例如，可以通过时间信息提供这样的qos特性。

10、此外，在本发明的范围内可设想的是，通过以下方式提供时间信息，即尤其是通过中间件将时间信息分配给通信内容。在此情况下，时间信息必要时可以包括关于产生的时间点、优选地直至经处理的通信内容的目标处理的时延信息。此外，可以在目标处理时优选地经由中间件调出所分配的时间信息用于进行评估。这例如能够实现：在评价时可以评估应用的反应时间和/或通信内容的数据时效。从中必要时可以得出用于目标处理的结论，所述结论例如影响执行器的激活。

11、如果在本发明的范围内中间件被实施用于注册实时要求，以便根据时间信息尤其是自动地探测对实时要求的违反，则可以是有利的。在此情况下，实时要求可以优选地定义应用的时延、优选地端到端时延的最大持续时间。(端到端)时延可以表示链式处理的总时间时长。因此，对经处理的通信内容的评价可以被理解为链式处理的端到端时间分析。(端到端)时延此外可以涉及在该功能链的原因的出现(诸如产生，也即例如外部活动或传感器值的采样)与可识别的结果(诸如处理或激活、例如执行器的移动的结束)之间的时间区间。因此，端到端时间分析尤其是可以用于保证分布式信息物理系统或具有实时要求的控制应用中的行为正确性。

12、例如，可以规定，经处理的通信内容的评价包括以下步骤：

13、-将产生的时间点与当前时间点以及与实时要求进行比较，以便探测对实时要求的违反。

14、例如可以通过计算节点的定时器确定当前时间点。因此，可靠地监控实时要求是可能的，以便避免在处理时的例如在执行器的激活方面有问题的情形。

15、此外可以规定，中间件为了在中间件中注册回调(英语：callback)被构造用于一旦探测到对实时要求的违反就实施回调。换句话说，可以在中间件中注册回调，当探测到违反时，实施所述回调。因此，对实时要求的违反的快速和程序性反应是可能的。例如该反应可以在于丢弃相应的通信内容。

16、有利地，在本发明的范围内可以规定，该系统被构造为信息物理系统，其中根据目标处理激活执行器，其中回调可以被实施用于阻止和/或改变执行器的激活，尤其是减慢地运行执行器。信息物理系统可以表示具有机械和电子部分的信息软件技术组件的联合体，所述组件优选地可以经由数据基础设施、诸如互联网通信。上述组件和部分可以概括地被称为处理块。

17、此外可设想的是，为不同的处理块中的多个或全部处理块提供时间信息，尤其是以便在至少一个中间处理时以及在目标处理时对时间信息执行评估用于评价经处理的通信内容。该评价例如可以是对时延的评价，经处理的通信内容以所述时延存在。因此，可以实现在链式处理时如时延之类的实时要求的更全面的监控。

18、有利地，在本发明中可以规定，给至少一个应用和/或处理块分别分派一个实时要求或不同的实时要求，其中所述实时要求或不同的实时要求包括以下要求、尤其是qos要求中的至少一个：

19、-所述应用和/或所述至少一个中间处理和/或所述目标处理的最大实施时间，

20、-所述应用的最大反应时间，

21、-经处理的通信内容的最大数据时效，其中优选地在所述链式处理期间从关于通信内容的产生的时间点的时间信息和当前时间点中得出所述数据时效，

22、其中优选地至少在所述目标处理时评估所提供的时间信息，以便评价对至少一个要求的遵守。

23、可以例如根据所提供的时间信息计算数据时效，即尤其是自通信内容的产生起经过的持续时间。该qos特性可以例如被使用来在接收方侧、也即尤其是在目标处理时或在激活执行器时规定数据可以被使用多长时间用于功能计算。此外，根据所提供的时间信息，还可以计算反应时间，即尤其是在通信内容可以到达接收方、诸如目标处理装置或执行器并且可以被首次使用之前所经过的持续时间。该qos特性可以例如被使用来规定对功能性的反应能力的要求。也可能的是，根据qos特性执行不同的存在的通信内容的优先化用于处理和/或通信和/或转发给处理块之一。

24、表述“最大反应时间”可以表示从出现外部原因直至完全处理该外部原因的时间点的最长时间区间的时长。外部原因例如是通信内容例如通过传感器的产生，并且完全处理例如在目标处理结束之后存在。更一般地说，最大反应时间可以回答从通信内容被产生的时间点直至链式处理完成最大持续多长时间的问题。

25、表述“最大数据时效”尤其是表示从值的采样(英语：sampling)直至基于该采样的值进行操作的最后时间点的最长时间区间的时长。采样例如在尤其是通过传感器产生通信内容时进行，并且操作例如是执行器的激活。更一般地说，最大数据时效回答被用作用于操作的基础的数据有多老的问题。

26、在本发明的范围内可以优选地规定，不同的处理块分别被实施为至少一个应用的不同进程或被实施为所述至少一个应用的不同部分或者被实施为不同的应用或所述应用的部分，并且优选地通过网络的不同的异构计算节点来实施。因此可以提供分布式结构，以便能够灵活地使用系统资源用于处理。处理块、尤其是进程在此可以例如通过以下方式实施如目标和/或中间处理之类的处理，即所述进程处理、也即评估和/或改变通信内容的内容。

27、此外，在本发明的范围内可能有利的是，设置多个中间处理作为至少一个中间处理，也即不仅仅设置一个中间处理，而是设置多个中间处理。此外可以通过以下方式提供所述通信内容，即为了链式处理借助于通信首先为所述中间处理提供所产生的通信内容并且为所述目标处理作为经处理的通信内容提供所述中间处理的结果。在此情况下，可以通过中间件、尤其是消息传递中间件在应用层面上在所述处理块之间提供所述通信，其中同样在该应用层面上提供所述时间信息。因此，优选地可以使用所谓的消息传递中间件系统、诸如如dds或mqtt之类的发布-订阅协议用于在应用的处理块之间进行通信。在此，基于所提出的机制和api，消息传递中间件系统可以有利地被扩展为使得所述消息传递中间件系统在应用级别上指定和提供端到端时延，所述端到端时延覆盖整个处理链。或者更一般地说：自通信内容的产生的时间点直至在目标处理时通信内容的最终使用，可以在应用级别上指定和提供时间和时延信息。在此情况下，必要时也可以在中间处理时在产生和最终使用之间设置多个跳跃，即计算连同分别其间的通信。

28、应用层面尤其是可以被理解为功能层面，所述功能层面包括至少一个应用(向至少一个其他应用)的通信，其中考虑跨应用的信息。例如，“在应用级别上”也可以意味着，在此情况下在根据osi模型的应用层中和/或通过(一个或多个)应用的功能进行通信。

29、可选地可能有可能的是，所述系统被构造为信息物理系统，其中所述链式处理构成功能链、尤其是因果链。通过在所述处理块的多个通信连接提供该功能链。在此，所提供的时间信息可以被使用来确定整个链的处理时长、尤其是端到端时延。分布式系统可以有利地具有多个计算和通信资源。可以规定，应用被实施为具有端到端时间要求、诸如最大反应时间或最大数据时效的系统的分布式应用。根据本发明的方法可以具有以下优点，即跨越计算和通信资源以及跨越整个功能链在应用级别上实现这些端到端计时要求的经改善的运用。

30、此外，可设想的是，通信内容的产生至少包括以下步骤：

31、-通过传感器执行尤其是如车辆之类的设备的环境的检测，以便提供所检测的环境作为所产生的通信内容。

32、此外可设想的是，至少一个中间处理和目标处理至少包括以下步骤：

33、-尤其是通过第一中间处理，根据所产生的通信内容在设备或车辆的所检测的环境中探测至少一个对象，

34、-尤其是通过第二中间处理，根据至少一个所探测的对象计算用于尤其是在环境中推进所述设备或车辆的路径，以便提供所计算的路径作为经处理的通信内容，

35、-激活执行器，以便沿着所计算的路径推进所述设备或车辆。

36、在此，可以根据对经处理的通信内容的评价激活执行器。在此，执行器例如可以是车辆的控制设备，以便至少部分地自主地推进和控制车辆。所提出的方法以及尤其是从而提供的机制和/或api具有以下优点，即可以考虑通信内容或主题的时效和反应时间。由此功能性可能是有时间和时延意识的，这能够实现更稳健的性能，例如通过联网控制方式来实现。此外，这使信号的融合变得容易，所述信号由多个不同的传感器提供(因此可以设置传感器融合)。替代于或附加于应用于至少部分自主地驾驶，可设想的是，根据本发明的方法被使用于其他自动化驾驶应用和/或分布式中间件和/或机器人系统和/或工业自动化。

37、计算机程序、优选地计算机程序产品同样是本发明的主题，所述计算机程序包括指令，在通过计算机实施计算机程序时，所述指令促使该计算机实施根据本发明的方法。因此，根据本发明的计算机程序带来与参照根据本发明的方法已经详尽地公开的相同的优点。

38、例如，可以设置实施计算机程序的数据处理设备作为计算机。计算机可以具有至少一个用于实施计算机程序的处理器。还可以设置非易失性数据存储器，在所述非易失性数据存储器中储存有计算机程序并且从所述非易失性数据存储器可以通过处理器读出计算机程序用于实施。例如，计算机可以是系统的计算节点。

39、包括根据本发明的计算机程序的计算机可读存储介质同样可以是本发明的主题。存储介质例如被构造为数据存储器、诸如硬盘和/或非易失性存储器和/或存储卡。存储介质可以例如被集成到计算机中。

40、此外，根据本发明的方法也可以被实施为计算机实现的方法。

41、分布式系统同样是本发明的主题，所述分布式系统被设立用于实施根据本发明的方法。因此，根据本发明的分布式系统带来与参照根据本发明的方法已经详尽地描述的相同的优点。