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Dokumentenidentifikation DE10129906A1 23.01.2003
Titel Zelluläre Sofwaredifferenzierung
Anmelder Bergmann, Harald, 85356 Freising, DE
Erfinder Bergmann, Harald, 85356 Freising, DE
DE-Anmeldedatum 21.06.2001
DE-Aktenzeichen 10129906
Offenlegungstag 23.01.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 23.01.2003
IPC-Hauptklasse G06F 15/177
Zusammenfassung Technische Aufgabe:
Komplexe Systeme müssen dennoch als Einheit funktionieren.
Lösung der technischen Aufgabe:
Die Erstellung als Einheit ist die einfachste Lösungsmethode. Nur unter dieser Voraussetzung sind Simulation und Test auch als Einheit möglich. Erst durch späteres Kopieren und Ausdifferenzieren wird das Programm- und Datenpaket an die komplexe Systematik angepaßt. Die mögliche Kommunikation der Kopien ergibt dann wieder die Gesamtfunktion.
Anwendungsgebiet:
Industrielle Prozeßsteuerungen zeichnen sich durch ihre Komplexität aus, die von herkömmlichen Steuerungen zunehmend nicht beherrscht wird. Für jede andere Art komplexer, interagierender Systeme kann die Erfindung nützlich sein.

Beschreibung[de]
Stand der Technik

Verteilte Datenverarbeitung wird nach dem Stand der Technik hierarchisch geordnet und benutzt verschiedene ausführbare Programme auf jeder der Ebenen und verschiedene Kommunikationsverfahren der Teile untereinander.

Probleme beim Stand der Technik

Weder die Entwicklung noch die Simulation des Systems als Ganzes sind möglich. Komplexe Systeme werden so nicht beherrscht. Wenn überhaupt vorhanden, dann ist die Systemsimulation ein eigenständiges Programm ohne direkte Beziehung zu der tatsächlichen Anwendungsfunktion.

Überwindung der genannten Nachteile und Unzulänglichkeiten

Die gesamte Programmfunktion wird als ein einheitliches, ausführbares Programm- und Datenpaket erstellt. Bei entsprechender Rechenleistung kann eine effektive Simulation des gesamten Systems auf einer räumlich eng begrenzten Computeranlage ausgeführt werden. In vielen Fällen wird ein einziger Computer genügen.

Will man die komplexe, verteilte Computerfunktion in Betrieb nehmen, so verteilt man das einheitliche, komplette Programm- und Datenpaket allein durch Kopieren auf die verschiedenen, ausführenden Computer. Eine minimale Menge spezifischer Information wird jedem der verschiedenen, ausführenden Computer zusätzlich zugeteilt. Allein mit dieser Information ist es möglich, daß das einheitliche Programmpaket sich zu verschiedenen, funktionellen Ausprägungen differenziert. Der notwendige Wertebereich der Zusatzinformation ist eine Untermenge der ganzen Zahlen. Die Menge von Zahlen entspricht dabei eindeutig der Menge an möglichen Ausprägungen.

Jede andere Art der Darstellung der Zusatzinformation entspricht dieser Beschreibung, wenn die andere Darstellungsform auf eine Untermenge der ganzen Zahlen abgebildet werden kann. Anders ausgedrückt kann man sagen, daß diese Beschreibung zutreffend ist, wenn die möglichen Werte der anderen Darstellungsform abzählbar sind.

Damit die Systemfunktion als Ganzes auch während der verteilten Systemanwendung möglich ist, ist irgendeine Form der Kommunikation zwischen den Programm- und Datenpaketen notwendig.

Falls nur ein Kernsystem in dieser Weise verteilt wird und zusätzliche Daten- oder Programmteile dem einzelnen, ausführenden Computer zugeteilt werden, so beschränkt sich diese Erfindung auf das Kernsystem.

Einfache Kopien von gleichen Programmen sind von dieser Erfindung nicht betroffen. Wesentlich für die Eigenschaft der Erfindung ist sowohl der Vorgang der Ausdifferenzierung, der dafür sorgt, daß jeweils unterschiedliche Funktionsmerkmale erzeugt werden, als auch die Systemfunktion als Ganzes, die sowohl in der Simulation als auch in der verteilten Endanwendung klar ersichtlich ist, weil die Funktion nur durch die Kommunikation der Teile untereinander erfüllt werden kann.

Wenn simples Kopieren von ausdifferenzierten Teilen und deren Anwendung unabhängig von den anderen Teilen möglich wäre, wäre ein Unterschied zu beliebig kopierbarer Standardsoftware nicht ersichtlich. Solche Systeme werden durch diese Erfindung nicht beschrieben.

Oft wird Standardsoftware zusammen mit einer Seriennummer vertrieben. Folgende Eigenschaften sind dabei nach dem Stand der Technik nie alle gleichzeitig erfüllt:

  • 1. Die Seriennummer führt zu einer abweichenden Funktion.
  • 2. Die ablaufenden Kopien mit verschiedener Seriennummer bilden durch Kommunikation untereinander ein funktionelles Ganzes.
  • 3. Das funktionelle Ganze wird durch die Menge aller definierten Seriennummern bestimmt, das heißt alle Kopien kommunizieren miteinander.

Diese Abgrenzung zur Standardsoftware beschränkt nicht die Möglichkeit, daß Programm- und Datenpakete, die nach diesem Verfahren erstellt wurden, als Ganzes kopiert und wie Standardsoftware vertrieben werden. Diese Kopien enthalten dann für sich die komplette Funktionalität inklusive der Verteilbarkeit entsprechend der Ausdifferenzierungsparameter. Kann man ausdifferenzierte Teile mit identischem Differenzierungsparameter finden, die jeweils kommunikative Teile verschiedener Gesamtsysteme sind, so muß man annehmen, daß diese zu verschiedenen Standardsoftwarekopien gehören.

Client/Server-Systeme werden durch diese Erfindung nicht beschrieben, da ihre Struktur hierarchisch ist. Alle Daten werden vom Server vorgehalten. Nur Interface-Software zum Nutzer oder zur Anwendung wird vom Client bereitgehalten. Die Clients haben keine dem Server gegenüber ausgezeichnete Individualfunktion. Verschiedene Zugangsberechtigungen ergeben zwar wahrscheinlich verschiedene Funktion. Diese wird aber nicht durch den Client selbst sondern allein durch den Server bestimmt.

Für die Herstellung eines durch diese Erfindung beschriebenen Programm- und Datenpakets benötigt man eine interne Repräsentation der späteren externen Verteilung. Durch entsprechende Zuordnungen wird der Bezug zu dem Differenzierungsparameter hergestellt. Man kann also schon vor der Laufzeit funktionelle Attribute zu einzelnen Programm- und Datenteilen angeben, die Antworten auf spezielle Fragen sind, deren abstrakte, übergeordnete Formulierung wie folgt lautet: Welche Funktion oder Beziehung hat das Programm (X) - oder Datenteil (Y) für die Teilanwendung (Z) mit entsprechendem Ausprägungsparameter?

Beispiele für Fragen und Antworten sind:

  • 1. Attribut: "aktiv",

    Frage: "Ist X aktiv bezüglich Z?",

    Antworten: "X ist aktiv bezüglich Z" oder "X ist nicht aktiv bezüglich Z".
  • 2. Attribut: "Teil",

    Frage: "Ist Y ein Teil von Z?",

    Antworten: "Y ist ein Teil von Z" oder "Y ist kein Teil von Z".

Der genaue Inhalt der funktionellen Attribute ist beliebig. Die angegebenen Beispiele sind keine Einschränkung der Allgemeinheit.

Für die Erfindung ist es unerheblich, ob die Zuordnung der Werte der Ausprägungsparameter zu den Programm- oder Datenteilen fixiert ist oder nicht. Gerade während der Systementwicklung wird die Zuordnung variabel sein. Nach der Verteilung auf die einzelnen Computer ist eine Fixierung der Zuordnung wahrscheinlich, aber nicht notwendigerweise erforderlich. Damit ein gleiches Verhalten des simulierten, wie des verteilten Systems möglich ist, bestehen typischerweise eine oder mehrere Ebenen der Kommunikation, bei denen das tatsächlich angewendete Kommunikationsverfahren für die Systemteile transparent ist. Allerdings ist dies keine notwendige Bedingung für die Erfindung.

Eine typische, aber für die Erfindung ebenfalls nicht notwendige Bedingung ist, daß die tiefer liegenden Kommunikationsverfahren zwischen dem simulierenden System und der verteilten Endanwendung unterschiedlich sind.

Die Erfindung beschreibt keine simple Zusammenstellung von Teilsystemen, die getrennt hergestellt wurden und im simulierenden Fall auf einer eng begrenzten Anlage zusammen ablaufen oder im verteilten Fall getrennt aber kommunikativ verbunden sind.

Der Unterschied ist, daß bei getrennt hergestellten Systemen von vorneherein die Zuordnung von Unterteilen zu den Hauptteilen fest steht. In der vorgelegten Erfindung ist diese Zuordnung jedoch für die simulierende, komplette Funktion unerheblich. Insbesondere wird der Differenzierungsparameter nicht ausgewertet oder bezeichnet das undifferenzierte Gesamtsystem. Eine weitere Abgrenzung zu kommunikativen, aber getrennt hergestellten Teilsystemen besteht durch die Regeneralisierbarkeit eines ausdifferenzierten Programm- oder Datenpakets zur ursprünglichen, das komplette System simulierenden Einheit. Dazu muß nur der die Differenzierung steuernde Parameter entfernt oder in seinem Wert geändert werden. Im Gegensatz dazu verliert ein getrennt hergestelltes Teilsystem durch die Verteilung alle direkten Eigenschaften der anderen Teile. Tatsächlich kann man noch nicht einmal bei der räumlichen Vereinigung auf einem Computer programmtechnisch von einer Vereinigung sprechen. Statt dessen hat das in dieser Erfindung beschriebene, zelluläre System programmtechnisch nie eine Trennung erfahren. Nur bezüglich der ausgeprägten Funktion kann man davon sprechen.

Die Erfindung hat zusätzlich die dynamische Eigenschaft, daß sich ein ausdifferenziertes Teil zu beliebigen Zeiten Teilfunktionen anderer Ausprägung auf Grund interner Berechnung und/oder externer Kommunikation aneignen kann, da diese Funktionalität ja schon immer im ganzheitlichen Ursprungssystem vorhanden war und beim Differenzierungsvorgang mit verteilt wurde.

Die folgenden Grafiken veranschaulichen das beschriebene Verfahren.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Entwicklung, zum Test, zur Simulation, zur Verteilung, zur vereinigten und/oder verteilten Laufzeitfunktion von Software, dadurch gekennzeichnet, daß
    1. - ein einheitliches, ausführbares Programm- und Datenpaket erstellt wurde,
    2. - eine effektive Simulation des gesamten Systems auf einer räumlich eng begrenzten Computeranlage ausgeführt werden kann,
    3. - die funktionelle und räumliche Verteilung allein durch Kopieren des Programm- und Datenpakets und Zuordnung eines abzählbaren Parameters erfolgt,
    4. - die simulierte Gesamtfunktion keinen Ausprägungsparameter benötigt oder einen eigenen Wert zugeordnet hat,
    5. - eine fixierte oder variable Zuordnung von funktionellen Attributen zum Ausprägungsparameter existiert,
    6. - die Einheit in der Funktion nach der Verteilung durch Kommunikation hergestellt wird,
    7. - das simulierte Gesamtsystem aus einer der verteilten Kopien regeneriert werden kann, wenn der Ausprägungsparameter entfernt oder auf den speziellen Wert geändert wird.






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