論文の概要: Reliability of fault-tolerant system architectures for automated driving systems

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2210.04040v1
• Date: Sat, 8 Oct 2022 14:49:35 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-19 11:36:51.578866
• Title: Reliability of fault-tolerant system architectures for automated driving systems
• Title（参考訳）: 自動運転システムにおけるフォールトトレラントシステムアーキテクチャの信頼性
• Authors: Tim Maurice Julitz, Antoine Tordeux and Manuel L\"ower
• Abstract要約: 高レベルの自律運転における自動運転機能は、運転監督なしで動作する。 これはドメインECUとロックステップモードで動作するマルチコアプロセッサを使ったフォールトトレラントアプローチを必要とする。 この作業は、CPUとセンサー番号、M$oo$N$式、ハードウェア要素の信頼性に関するアーキテクチャを設計することを目的としている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Automated driving functions at high levels of autonomy operate without driver supervision. The system itself must provide suitable responses in case of hardware element failures. This requires fault-tolerant approaches using domain ECUs and multicore processors operating in lockstep mode. The selection of a suitable architecture for fault-tolerant vehicle systems is currently challenging. Lockstep CPUs enable the implementation of majority redundancy or M-out-of-N ($M$oo$N$) architectures. In addition to structural redundancy, diversity redundancy in the ECU architecture is also relevant to fault tolerance. Two fault-tolerant ECU architecture groups exist: architectures with one ECU (system on a chip) and architectures consisting of multiple communicating ECUs. The single-ECU systems achieve higher reliability, whereas the multi-ECU systems are more robust against dependent failures, such as common-cause or cascading failures, due to their increased potential for diversity redundancy. Yet, it remains not fully understood how different types of architectures influence the system reliability. The work aims to design architectures with respect to CPU and sensor number, $M$oo$N$ expression, and hardware element reliability. The results enable a direct comparison of different architecture types. We calculate their reliability and quantify the effort to achieve high safety requirements. Markov processes allow comparing sensor and CPU architectures by varying the number of components and failure rates. The objective is to evaluate systems' survival probability and fault tolerance and design suitable sensor-CPU architectures. The results show that the system architecture strongly influences the reliability. However, a suitable system architecture must have a trade-off between reliability and self-diagnostics that parallel systems without majority redundancies do not provide.
• Abstract（参考訳）: 高水準の自動運転機能は、ドライバーの監督なしで動作します。 システム自体がハードウェア要素の故障時に適切な応答を提供する必要がある。 これはドメインECUとロックステップモードで動作するマルチコアプロセッサを使ったフォールトトレラントアプローチを必要とする。 耐故障性車両システムに適したアーキテクチャの選択は、現在困難である。 ロックステップCPUは、多数冗長性やM-out-of-N(M$oo$N$)アーキテクチャの実装を可能にする。 構造的冗長性に加えて、ECUアーキテクチャの多様性冗長性は耐障害性にも関係している。 1つのECU(チップ上のシステム)を持つアーキテクチャと、複数の通信ECUで構成されるアーキテクチャである。 シングルECUシステムは高い信頼性を達成する一方、マルチECUシステムは多様性の冗長性の増加により、共通原因やカスケード障害などの依存障害に対してより堅牢である。 しかし、異なるタイプのアーキテクチャがシステムの信頼性にどのように影響するかは、まだ完全には分かっていない。 この作業は、CPUとセンサー番号、M$oo$N$式、ハードウェア要素の信頼性に関するアーキテクチャを設計することを目的としている。 その結果、異なるアーキテクチャタイプを直接比較できる。 信頼性を計算し,高い安全要件を達成するための努力を定量化する。 Markovプロセスは、コンポーネントの数と失敗率を変えることで、センサーとCPUアーキテクチャの比較を可能にする。 その目的は、システムの生存確率と耐障害性を評価し、適切なセンサー-cpuアーキテクチャを設計することである。 その結果,システムアーキテクチャは信頼性に大きく影響することがわかった。 しかし、適切なシステムアーキテクチャは、多くの冗長性のない並列システムでは提供されない信頼性と自己診断のトレードオフを持つ必要がある。

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