Design and implementation of a container-based architecture for real-time control applications

Abstract

The fourth industrial revolution and the advent of cyber-physical systems increase the flexibility and effectiveness in production, but they also change the role of software. Traditional monolithic systems need to split up in order to increase flexibility, maintainability and performance. There are existing approaches transforming traditional software towards a cloud-based infrastructure, but little work is done in applying this to real-time applications. This work proposes an architecture that uses containers to modularize real-time control applications, messaging for communication and a hardware abstraction layer to improve maintainability, reusability and flexibility. Using a prototypical implementation of the architecture, we validate the feasibility of this approach through a benchmark.

Die vierte industrielle Revolution und die aufkommende Verbreitung von cyberphysikalischen Systemen (CPS) erhöht die Fliexibilität und Effektivität von Produktionsanlagen, ändert jedoch auch die Rolle der Software. Traditionelle monolitische Systeme müssen aufgesplittet werden, um die Flexibilität, Wartbarkeit und Performanz zu erhöhen. Es gibt bereits Ansätze, traditionelle Software in eine Cloud-basierte Infrastruktur zu transformieren, aber bisher gibt es wenige Arbeiten darüber, wie dies auf Echtzeitanwendungen übertragen werden kann. Diese Arbeit stellt eine Architektur vor, die Container verwendet, um Echtzeit-Steueranwendungen zu modularisieren, und außerdem Messaging zur Kommunikation und eine Hardware-Abstraktions-Schicht einsetzt, um Wartbarkeit, Wiederverwendbarkeit und Flexibilität verbessert. Mit einer prototypischen Implementierung der Architektur wird der Ansatz mit einem Benchmark evaluiert.