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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nachbildung eines aus verschiedenen
Komponenten zusammengesetzten Gesamtsystems durch ein mehrere Knoten
umfassendes Bayes-Netz gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem
Oberbegriff von Anspruch 15.
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Aus
der
DE 197 52 115
A1 ist ein Verfahren zur Nachbildung eines aus verschiedenen
Komponenten zusammengesetzten Gesamtsystems durch einen Fehlerbaum
bekannt. Eine derartige Baumstruktur ist gerichtet, d.h. von einheitlicher
Orientierung.
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Demgegenüber sind
Bayes-Netze gerichtete azyklische Graphen, deren Knoten Variablen
repräsentieren.
Für jede
Variable ist eine Menge disjunkter Zustände definiert. Jedem Knoten
ist eine Wahrscheinlichkeitstabelle zugeordnet. Die Werte in der Wahrscheinlichkeitstabelle
geben die Wahrscheinlichkeit dafür
an, dass sich ein Knoten in einem entsprechenden Zustand befindet.
Diese Werte sind bedingte Wahrscheinlichkeiten, bezogen auf die
Zustände
des oder der diesem Knoten vorgeschalteten Knoten. Bei der Nachbildung
eines Gesamtsystems durch ein Bayes-Netz wird durch einen Knoten
des Bayes-Netzes Information über
eine jeweilige Komponente des Gesamtsystems abgebildet. "Anfragen" an das Bayes-Netz
liefern dann wahrscheinlichkeitstheoretische Aussagen über das
nachgebildete Gesamtsystem. Für
eine allgemeine Einführung
in Bayes-Netze siehe z.B. Finn V. Jensen, "An Introduction to Bayesian Networks", UCL Press, London, 1996.
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Die
EP 1 069 487 A1 beschreibt
ein Verfahren zur Nachbildung einer Komponente eines Gesamtsystems
durch ein Bayes-Netz. Dabei bildet wenigstens ein Knoten des Bayes-Netzes
Information über
die Komponente ab. Die
US 6 076
083 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Nachbildung eines
aus verschiedenen Komponenten zusammengesetzten Gesamtsystems durch
ein mehrere Knoten umfassendes Bayes-Netz, wobei Information über eine
jeweilige Komponente durch einen Knoten des Bayes-Netzes abgebildet
wird. Diese Bayes-Netze sind nur auf spezielle Arten von Gesamtsystemen anwendbar.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bayes-Netz zu schaffen
das universell und flexibel für
eine Vielzahl unterschiedlicher Gesamtsysteme einsetzbar und auch
dann verwendbar ist, wenn eine Systemmodellierung erforderlich ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß bezüglich des
Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 1 und bezüglich der
Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 15 gelöst. Die
Unteransprüche
betreffen vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen.
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Der
Hauptgedanke der Erfindung besteht darin, Bayes-Netze auch für die Nachbildung
('Modellierung') von Gesamtsystemen
aus nicht ständig
miteinander gekoppelten Komponenten einzusetzen, indem das Bayes-Netz
aus Teilnetzen aufgebaut ist und wenigstens ein Teilnetz für die Abbildung
von Information über
eine oder mehrere nur zeitweise einen Teil des Gesamtsystems bildende
Komponenten vorgesehen ist. Somit sind zu jeder Zeit Aussagen über das
Gesamtsystem durch eine Anfrage an das Bayes-Netzes möglich. Eine solche Anfrage
wird von dem Bayes-Netz unter Verwendung der in den Knoten abgebildeten
Information über
eine jeweilige Komponente bearbeitet. Denn das Bayes-Netz stellt die
Abhängigkeiten
der Komponenten im Gesamtsystem dar und ist als Systemmodell z.B.
zur Diagnose, Frühwarnung
oder Schwachstellenanalyse einsetzbar. Da kein Prozessmodell (Darstellung
zeitlicher Abläufe)
sondern ein Systemmodell (Darstellung der Gesamtfunktionalität) vorliegt,
ist die Berücksichtigung
von nur zeitweise einen Teil des Gesamtsystems bildenden Komponenten
problemlos möglich.
Zum Treffen einer Aussage über
eine Ausfallwahrscheinlichkeit einer Komponente in Bezug zu anderen
im Gesamtsystem vorhandenen Komponenten ist eine kontinuierliche
physikalische Verbindung von Komponenten des Gesamtsystems nicht
notwendig, vielmehr stellt das Bayes-Netz Abhängigkeiten und ihre Auswirkungen
wahrscheinlichkeitstheoretisch dar.
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Anders
ausgedrückt
sind die Komponenten des Gesamtsystems also in mindestens zwei "Einheiten" ( d.i. räumlich trennbare
Teilmengen von Komponenten des Gesamtsystems) angeordnet. Dabei
umfasst eine der Einheiten zusätzlich
zu einer oder mehreren Komponenten zusätzlich noch das Bayes-Netz. Diejenigen
Komponenten, welche nicht in der das Bayes-Netz umfassenden Einheit
angeordnet sind, werden im folgenden externe Komponenten genannt. Die
externen Komponenten sind entweder zusammen in einer Einheit angeordnet,
oder sie sind getrennt voneinander in mehreren Einheiten angeordnet.
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Ein
derartiges Gesamtsystem ist insbesondere dann gegeben, wenn eine
mobile Einheit zusammen mit dem Bayes-Netz eine oder mehrere Komponenten
umfasst und diese Komponenten zeitweise mit weiteren, außerhalb
der mobilen Einheit vorgesehenen Komponenten zum Gesamtsystem gekoppelt
werden. In einem ersten Beispiel für ein solches Gesamtsystem
ist die mobile Einheit ein Fahrzeug, das bei einer Vorbeifahrt an
einer stationären
Sende- und/oder Empfangseinrichtung ("Bake") einen
Datenaustausch z.B. über
eine Infrarotverbindung vornimmt. In einem zweiten Beispiel ist
die mobile Einheit ein portables Endgerät (PDA, "Personal Digital Assistant"), das bedarfsweise über ein
Mobilfunknetz, z.B. unter Verwendung von SMS ('Short Message Service') oder einem Kommunikationskanal,
Information von einer zentralen Datenbank abruft. In beiden Beispielen
sind jeweils verschiedene Komponenten des Gesamtsystems wie z.B.
Sende-/Empfangseinheiten, Ein-/Ausgabeeinheiten, Verarbeitungs-/Anzeigeeinheiten
in der mobilen Einheit vorgesehen, die externen Komponenten sind
z.B. Sende-/Empfangseinheiten und Datenbanken.
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Selbstverständlich ist
auch die entgegengesetzte Sichtweise möglich, dass also ein zusammen mit
dem Bayes-Netz verschiedene Komponenten umfassendes zentrales Rechnersystem
("Zentrale") zeitweise mit mobilen
Einheiten, z.B. Fahrzeugen oder Mobiltelefonen, zu einem Gesamtsystem
gekoppelt wird. Beliebige Mischformen sind ebenfalls vorgesehen,
beispielsweise ein erstes Bayes-Netz in der Zentrale, ein zweites,
vom ersten verschiedenes Bayes-Netz in einem ersten Fahrzeug und
ein drittes, vom ersten und zweiten verschiedenes Bayes-Netz in
einem zweiten Fahrzeug.
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Indem
wenigstens die Knoten eines Teilnetzes des Bayes-Netzes für die Abbildung
von Information über
wenigstens eine externe Komponente vorgesehen sind, wird auf einfache
Weise den Eigenschaften einer solchen Komponente, die zwar einen Teil
des Gesamtsystems darstellt aber nur zeitweise mit anderen Komponenten
gekoppelt ist, Rechnung getragen. So ist für die Entwicklung und den Test
des das Gesamtsystem nachbildenden Bayes-Netzes keine ständige Koppelung
der Komponenten des nachgebildeten Gesamtsystems nötig. Stattdessen wird
ein jeweiliges Teilnetz separat von einem spezialisierten Experten
aufgebaut. Die einzelnen Teilnetze, jeweils aus wenigstens einem
Knoten bestehend, werden anschließend miteinander verbunden.
Dabei ist ein erstes Teilnetz vorgesehen, dessen Knoten Information über eine
oder mehrere Komponenten abbilden, welche in der selben Einheit
wie das Bayes-Netz angeordnet sind. Weiterhin ist zumindest ein
weiteres Teilnetz vorgesehen, dessen Knoten Information über eine
jeweilige nicht in der Einheit angeordnete (also externe) Komponente
abbilden. Dabei kann beispielsweise für den Fall, dass die externen
Komponenten des Gesamtsystems in mehr als einer Einheit angeordnet
sind, für
eine bestimmte Einheit ein bestimmtes Teilnetz vorgesehen sein.
Natürlich
kann auch ein Teilnetz für
alle in mehreren oder auch allen Einheiten angeordneten externen Komponenten
vorgesehen sein.
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Da
eine mobile Einheit durch die Veränderung ihres Standortes jeweils
unterschiedlichen Bedingungen unterliegt, wird in vorteilhafter
Weise Information über
eine jeweilige Komponente des Gesamtsystems durch einen Knoten des
Bayes-Netzes ortsabhängig
abgebildet.
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Ebenfalls
von Vorteil ist die zeitabhängige Abbildung
von Information über
eine Komponente des Gesamtsystems durch einen jeweiligen Knoten des
Bayes-Netzes. Damit werden beispielsweise Zeitpunkte einer Kopplung
der in verschiedenen Einheiten angeordneten einzelne Komponenten
des Gesamtsystems berücksichtigt.
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Eine
besonders einfache Herstellung von Information über einen die Komponente abbildenden ersten
Knoten des Bayes-Netzes wird erreicht durch eine Zusammensetzung
des ersten Knotens aus einer Vielzahl weiterer Knoten. Dabei bildet
ein weiterer Knoten Information über
eine Teilkomponente derjenigen Komponente ab, über welche Information durch
den ersten Knoten abgebildet wird. Durch eine geeignete Wahl von
Teilkomponenten wird beispielsweise eine "Wiederverwendung" von Teilkomponenten abbildende Knoten
ermöglicht.
Dies betrifft mehrfach, nämlich
jeweils als Teil verschiedener Komponenten des Gesamtsystems, auftretende
Teilkomponenten, wie z.B. eine Stromversorgung oder eine Datenbank.
Ein Knoten welcher Information über
eine solche Teilkomponente abbildet muss nur ein Mal hergestellt
werden. Anschließend
kann dieser Knoten zur Abbildung von Information für alle entsprechenden
Teilkomponenten als Teil einer jeweiligen Komponente des Gesamtsystems
verwendet werden.
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Mit
Vorteil wird vorgeschlagen, dass ein Knoten des Bayes-Netzes aus einem
oder mehreren Knoten gebildet ist, wobei der oder die Knoten einen jeweiligen
Status derjenigen Komponente bzw. Teilkomponente darstellen, welche
durch den Knoten abgebildet wird. Dadurch wird eine besonders einfache
Erstellung und Verwendung des entsprechenden Knotens erreicht.
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Besonders
vorteilhaft ist es, in einer Einheit eine Möglichkeit zur Aufnahme von
Messwerten einer in der Einheit angeordneten Komponente und/oder
einer Verbindung zwischen zwei Komponenten vorzusehen. Die Bereitstellung
solcher Messwerte bildet die Grundlage für eine schnelle und problemlose Änderung
der in den Knoten des Bayes-Netzes abgebildeten Information über eine Komponente
bzw. Teilkomponente. Befindet sich der Messaufnehmer beispielsweise
in der gleichen Einheit wie das Bayes-Netz, können die aufgenommenen Messwerte
in der Einheit direkt weiter verarbeitet werden. Die Messwerte können z.B.
gemittelt oder von verschiedenen Messaufnehmern aufgenommene Messwerte
können
miteinander verknüpft
werden. Mit diesem Verarbeitungsergebnis können anschließend die
in einem Knoten abgebildeten Informationen direkt modifiziert werden.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im
Folgenden näher
beschrieben. Es zeigen:
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1 ein
beispielhaftes, stark vereinfachtes Ausführungsbeispiel für die Nachbildung
eines aus Komponenten zusammengesetzten Gesamtsystems "Telematikdienst" durch ein aus mehreren
Teilnetzen mit jeweils mindestens einem Knoten aufgebauten Bayes-Netzes, wobei Information über eine
jeweilige Komponente durch einen Knoten des Bayes-Netzes abgebildet
wird;
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2 in
schematischer Darstellung einen Anwendungsfall der Erfindung mit
dem Zusammenwirken verschiedener Komponenten eines Gesamtsystem "Telematikdienst";
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3 ein
Grobkonzept eines "Dienstezustandsreporters" als weiteren Anwendungsfall
der Erfindung.
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Wie
aus 1 ersichtlich, ist das dargestellte Bayes-Netz
aus den vier Teilnetzen "Fahrzeug" 1', "SMS-Center" 2', "Dienstebetreiber" 3' und "Telematikdienstefunktion" 4' aufgebaut.
Die von den Teilnetzen Fahrzeug 1', SMS-Center 2' und Dienstebetreiber 3' umfassten Knoten
bilden Information über Komponenten
eines stark vereinfachten Gesamtsystems "Telematikdienst" ab (im Folgenden wird vereinfachend
davon gesprochen, dass ein Knoten einer Komponente "entspricht"). Dabei existiert
zu einem jeweiligen Teilnetz 1', 2', 3' eine jeweilige Einheit 1, 2, 3,
wobei die einem Knoten im jeweiligen Teilnetz entsprechende Komponente
in der jeweiligen Einheit angeordnet ist. Im Folgenden wird wiederum
vereinfachend davon gesprochen, dass ein Teilnetz einer Einheit "entspricht". Beispielsweise
entspricht dem Teilnetz 1' eine
Einheit Kraftfahrzeug 1. Das Teilnetz Telematikdienstefunktion 4' ist als "Anfrageschnittstelle" dazu vorgesehen,
bei einer "Anfrage" an das Bayes-Netz
Aussagen über
das durch das Bayes-Netz nachgebildete Gesamtsystem zu liefern. Mit
anderen Worten bildet der Knoten des Teilnetzes Telematikdienstefunktion 4' Information über das
Gesamtsystem Telematikdienst aus dem Zusammenwirken der in den gekoppelten
Einheiten 1, 2, 3 angeordneten Komponenten
ab.
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Zur
Erläuterung
sei hier angemerkt, dass es sich hier bei dem Telematikdienst um
eine dynamische (d.h. den aktuellen Verkehrszustand berücksichtigende)
Zielführung
eines entsprechend ausgerüsteten
Fahrzeugs 1 handelt. Dazu stellt ein Dienstebetreiber 3 Daten
bereit, wobei die Daten vermittels eines Mobilfunknetzes über ein
SMS-Center 2 an das Fahrzeug 1 gesendet werden.
Die Einheiten des Gesamtsystems sind dabei nicht ständig miteinander gekoppelt.
Stattdessen werden vom Dienstebetreiber 3 Daten an das
SMS-Center 2 übermittelt.
Anschließend
werden die übermittelten
Daten in Form von Kurzmitteilungen über das Mobilfunknetz vom SMS-Center 2 an
das Fahrzeug 1 gesendet. Diese Abläufe sind jedoch nicht in 1 dargestellt.
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Man
erkennt sofort, dass es sich schon bei diesem stark vereinfachten
Beispiel um ein sehr komplexes Zusammenwirken der in den einzelnen
Einheiten angeordneten Komponenten des Gesamtsystems handelt. Insbesondere
sei darauf hingewiesen, dass zu keinem Zeitpunkt alle Komponenten
des Gesamtsystems miteinander gekoppelt sind. Stattdessen wird die
Funktion des Gesamtsystems durch eine komplizierte zeitliche Abfolge
der in den einzelnen Einheiten angeordneten Komponenten bewirkt.
Beispielsweise kann das SMS-Center 2 erst dann eine Kurzmitteilung
an das Fahrzeug 1 senden, wenn es Daten vom Dienstebetreiber 3 erhalten
hat. Können diese
bereitgestellten Daten jedoch nicht sofort als Kurzmitteilung an
das Fahrzeug 1 gesendet werden (z.B. aufgrund einer Überlastung
des Mobilfunknetzes) so wird das SMS-Center 2 nach bestimmten
Regeln eine wiederholte Zustellung an das Fahrzeug 1 versuchen.
Erst der Empfang einer jeweiligen Kurzmitteilung im Fahrzeug 1 stellt
die erfolgreiche Nutzung des Telematikdienstes dar.
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Hier
wird nun der Vorteil der Erfindung noch einmal deutlich sichtbar.
Da zu keinem Zeitpunkt alle Komponenten in den Einheiten Fahrzeug 1, SMS-Center 2,
Dienstebetreiber 3 und Telematikdienst 4 des Gesamtsystems
miteinander gekoppelt sind, ist eine Diagnose eines derartigen Gesamtsystems äußerst schwierig.
So ist es im Fehlerfall praktisch nicht möglich, immer die den Fehler
verursachende Komponente zweifelsfrei zu identifizieren. Dies führt in der
Praxis dazu, dass eine Diagnose oft gar nicht erst versucht wird
sondern sofort ein Tausch einer Komponente bzw. Teilkomponente vorgenommen
wird – ohne
allerdings zu wissen, ob dies wirklich die Ursache für den Fehler
war. Genau hier setzt nun die Erfindung an, indem Information über einzelne
Komponenten bzw. Teilkomponenten des Gesamtsystems (im Folgenden
wird vereinfachend nur noch "Komponente" verwendet) in den
Knoten eines Bayes-Netzes abgebildet wird. Eine Anfrage an das Bayes-Netz
führt dann
zu einer Aussage über
das Gesamtsystem. Dies wird nachfolgend beschrieben.
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Wie
bereits dargelegt, ist das dargestellte Bayes-Netz aus den drei
jeweils einer Einheit entsprechenden Teilnetzen Fahrzeug 1', SMS-Center 2', Dienstebetreiber 3' und dem Teilnetz
Anfrageschnittstelle Telematikdienst 4' aufgebaut. Jedes Teilnetz umfasst
mindestens einen Knoten, wobei der oder die Knoten Information über eine
Komponente einer jeweiligen Einheit bzw. Anfrageschnittstelle abbilden. Beim
hier gewählten,
stark vereinfachten Beispiel bildet ein Knoten Information über eine
Komponente als Ausfallwahrscheinlichkeit der Komponente ab. Das wird
erreicht, indem dem Knoten eine Zuordnungstabelle mit jeweils zwei
Wahrscheinlichkeitsvariablen zugeordnet sind, deren Werte die Wahrscheinlichkeiten
dafür bezeichnen,
dass sich die dem Knoten entsprechende Komponente entweder im Zustand "funktioniert ordnungsgemäß" oder "funktioniert nicht ordnungsgemäß" befindet. Dabei
bezeichnet das Wort Wahrscheinlichkeitsvariable im einfachsten Fall einen
Zahlenwert, es kann aber auch eine funktionale Abhängigkeit
wie z.B. Zuordnungstabellen, Bool'sche Funktionen oder Wahrscheinlichkeiten
für Intervalle
vorgesehen sein.
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Das
Teilnetz Fahrzeug 1' umfasst
die Knoten GSM-Antenne 11, Navigationssteuergerät 12, GSM-Hardware 13 und
Fahrzeugfunktion 14. Jedem Knoten sind dabei zwei vorgegebene
Werte zugeordnet, wobei jeder Wert eine Wahrscheinlichkeit in Prozent
angibt. Dabei entspricht der erste Wert der Wahrscheinlichkeit für den Zustand "funktioniert ordnungsgemäß" und der zweite Wert
der Wahrscheinlichkeit für
den Zustand "funktioniert
nicht ordnungsgemäß". Diese Werte werden
z.B. durch eine Befragung von Experten gewonnen. Aus 1 ist
beispielsweise abzulesen, dass die GSM-Antenne 11 mit einer
Wahrscheinlichkeit von 99.82 Prozent ordnungsgemäß funktioniert und mit einer
Wahrscheinlichkeit von 0.02 Prozent nicht ordnungsgemäß funktioniert.
Die einzelnen Knoten sind dabei gerichtet miteinander verbunden,
d.h. die Wahrscheinlichkeitswerte sind bedingte Wahrscheinlichkeiten
die auf die Zustände
des oder der diesem Knoten vorgeschalteten Knoten bezogen sind.
Aus 1 ist wiederum beispielsweise abzulesen, dass
die Funktion der GSM-Hardware 13 abhängig ist vom Navigationssteuergerät 12 und
der GSM-Antenne 11.
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Das
Teilnetz SMS-Center 2' umfasst
die Knoten Verbindung_1 15 als Verbindung zwischen Fahrzeug 1 und
SMS-Center 2, Verbindung_2 16 als Verbindung zwischen
Dienstebetreiber 3 und SMS-Center 2 und SMS-Center-Funktion 17.
Dabei weisen die Knoten Verbindung_1 15 und Verbindung_2 16 die
Besonderheit auf, dass sie nur über
vor-, nicht aber über
nachgeschaltete Knoten verfügen.
Beispielsweise sind dem Knoten Verbindung_1 15 die Knoten
Fahrzeugfunktion 14 und SMS-Center-Funktion 17 vorgeschaltet.
Dies hat seinen Grund darin, dass die dem Knoten 15 entsprechende "Komponente", nämlich das
Bestehen einer datentechnischen Verbindung zwischen Fahrzeug 1 und
SMS-Center 2, sehr einfach messtechnisch überprüfbar ist.
Die Messergebnisse können
beispielsweise gespeichert und später ausgewertet werden um zu überprüfen, ob
die für
den Knoten 15 des Bayes-Netzes vorgegebenen Wahrscheinlichkeiten auch
mit den tatsächlich
gemessenen – und
somit die Realität
wiedergebenden – Gegebenheiten übereinstimmen.
Bei Abweichungen können
die vorgegebenen Wahrscheinlichkeiten anschließend entsprechend modifiziert
werden.
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Das
Teilnetz Dienstebetreiber 3' umfasst
die Knoten Hardwarefunktion 18, Softwarefunktion 19, Rechenzentrum 20,
Datenversorgung 21, Verkehrsinformationsauswahl 22 und
Dienstebetreiberfunktion 23.
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Das
Teilnetz Telematikdienst 4' umfasst
nur einen Knoten, nämlich
Telematikdienstfunktion 24. Dabei sind dem Knoten 24 die
Knoten 14, 17 und 23 vorgeschaltet. Dies
ist gerade Ausdruck der Tatsache, dass die dem Teilnetz Telematikdienst 4' entsprechende
Komponente nur dann ordnungsgemäß funktioniert,
wenn die den vorgeschalteten Knoten 14, 17 und 23 entsprechenden
Komponenten Fahrzeug 1',
SMS-Center 2' und
Dienstebetreiber 3' ordnungsgemäß funktionieren.
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In 2 sind
die den drei Teilnetzen entsprechenden Einheiten Fahrzeug 1,
SMS-Center 2 und Dienstebetreiber 3 dargestellt.
Diese Einheiten umfassen zusätzlich
zu Komponenten welche Knoten des Bayes-Netzes entsprechen und in 1 abgebildet
sind noch weitere Komponenten. Diese weiteren Komponenten dienen
insbesondere der vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Das
Fahrzeug 1 umfasst hier eine Recheneinheit 101,
eine Kommunikationseinheit 102, einen Kommunikationsprotokollspeicher 103,
einen Bayes-Netz-Speicher 104, eine Diagnoserecheneinheit 105,
Sensoren 106 und einen Speicher 107. Die Recheneinheit 101 ist
z.B. als Fahrzeugrechner oder Steuergerät entsprechend leistungsfähig ausgeführt um benötigte Berechnungen
durchzuführen.
Weiterhin übernimmt
die Recheneinheit 101 die Steuerung der verschiedenen Komponenten.
Dazu sind die einzelnen Komponenten miteinander verbunden, z.B. über ein
lokales Netzwerk ("CAN-Bus") und/oder drahtlose
Nahbereichskommunikation ("Bluetooth"). Insbesondere ist
die Recheneinheit 101 mit einer Kommunikationseinheit 102 verbunden.
Die Kommunikationseinheit 102 ist z.B. als Sende-/Empfangseinheit
eines zellularen Mobilfunknetzes (z.B. "UMTS", "GPRS" oder "GSM"), als Satellitenkommunikation
oder Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation ausgeführt. Die
Recheneinheit 101 und die Kommunikationseinheit 102 sind
dabei innerhalb der Einheit Fahrzeugs 1 wesentliche Komponenten
des zusätzlich
noch SMS-Center 2 und
Dienstebetreiber 3 umfassenden Telematikdienstes.
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Das
SMS-Center 2 umfasst eine Kommunikationsvermittlungseinheit 108.
Die Kommunikationsvermittlungseinheit 108 sogt in herkömmlicher Weise
für das
drahtlose Senden der vom Dienstebetreiber 3 bereitgestellten
Daten. Die Verbindung zwischen SMS-Center 2 und Dienstebetreiber 3 wird z.B.
durch eine herkömmliche
ISDN-Festnetzverbindung hergestellt. Der Dienstebetreiber 3 umfasst
ein Kommunikationsmodul 109 für eine Verbindung zum SMS-Center 2,
die z.B. ereignisabhängig
entsprechende Daten an das SMS-Center 2 sendet. Weiterhin
umfasst der Dienstebetreiber 3 eine Recheneinheit 110 in
herkömmlicher
Bauweise, welche für
das Fahrzeug 1 relevante Daten aus einer Datenbank 111,
stationären
Sensoren 112 und mobilen Sensoren ("FCD", "Floating Car Data") 113 zusammenstellt.
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Die
Kommunikationseinheit 102 ist mit einem in herkömmlicher
Weise ausgeführten
Kommunikationsprotokollspeicher 103 verbunden. Der Kommunikationsprotokollspeicher 103 zeichnet
Daten betreffend die Kommunikationseinheit 102 auf, z.B.
Zeiten und Orte von vorgenommenen Kommunikationsverbindungen zwischen
Fahrzeug 1 und SMS-Center 2 oder Probleme beim
Herstellen einer Verbindung. Solche Daten stehen der Recheneinheit 101 bei
Bedarf durch eine direkte Zugriffsmöglichkeit auf den Kommunikationsprotokollspeicher 103 zur
Verfügung.
Weiterhin hat die Recheneinheit 101 noch Zugriff auf Daten
von Sensoren 106. Die Sensoren 106 sind z.B. an
den erwähnten
CAN-Bus angeschlossene weitere Geschwindigkeits-, ABS-, Abstandsmess- oder Regensensoren.
Weiterhin soll hier unter Sensor jede andere Art von Datenquelle
verstanden werden, sowohl innerhalb des Fahrzeugs (z.B. ein Schalter
oder Steuergerät)
und auch außerhalb
des Fahrzeugs (z.B. ein anderes Fahrzeug über Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation
oder eine Infrarotbake). Die Recheneinheit 101 hat weiterhin
Zugriff auf einen Speicher 107, um bereitgestellte Daten
zu speichern und wieder auszulesen. Beispielsweise können in
diesem Speicher 107 Daten betreffend Probleme beim Herstellen
einer Verbindung unter Verwendung der Kommunikationseinheit 102 gespeichert
werden.
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Der
Bayes-Netz-Speicher 104 speichert die wenigstens zwei Teilnetze
des das Gesamtsystem "Telematikdienst" nachbildenden Bayes-Netzes.
Der Bayes-Netz-Speicher 104 ist z.B. als herkömmlicher Chipspeicher
("Flashspeicher") oder als Nur-Lese-Speicher (CD-ROM)
ausgebildet. Soll beispielsweise die in den Knoten des Bayes-Netzes
gespeicherte Information schnell modifizierbar sein, kann der Bayes-Netz-Speicher 104 als
Flashspeicher ausgeführt
werden. Für
eine Speicherung umfangreicher positions- und/oder zeitabhängiger Information
in einer großen
Anzahl von Knoten könnte
der Bayes-Netz-Speicher 104 als
CD-ROM gewählt
werden. Die in den Knoten des Bayes-Netzes gespeicherte Information
umfasst dabei technische Zusammenhänge und weitere Informationen über die
entsprechenden Komponenten.
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Der
Diagnoserecheneinheit 105 werden unter Verwendung der Recheneinheit 101 Daten
aus dem Kommunikationsprotokollspeicher 103, von den Sensoren 106 und
aus dem Speicher 107 bereitgestellt. Dabei kann die Recheneinheit 101 auch
eine Vorverarbeitung bzw. Vorauswahl der Daten durchführen. Wenn
vorgebbare Kriterien bei den Daten erfüllt sind, sendet die Diagnoserecheneinheit 105 eine Anfrage
an das Bayes-Netz. Eine solche Anfrage wird von dem Bayes-Netz unter
Verwendung der in den Knoten der wenigstens zwei Teilnetze abgebildeten
Information über
eine jeweilige Komponente bearbeitet. Die bereitgestellte Antwort
auf eine solche Anfrage durch das Bayes-Netz wird an die Diagnoserecheneinheit 105 gesendet.
Es sei noch einmal betont, dass damit der Diagnoserecheneinheit 105 eine Aussage über das
Gesamtsystem Telematikdienst bereitsteht, ohne dass ein Zugriff
auf die einzelnen Systemkomponenten erforderlich ist.
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Für das Senden
einer Anfrage an das Bayes-Netz 104 durch die Diagnoserecheneinheit 105 können verschiedene
Kriterien vorgegeben werden. Beispielsweise kann ein Kriterium das über- oder unterschreiten
eines bestimmten Grenzwerts durch einen von der Recheneinheit 101 bereitgestellten
Datenwerts sein. Wird ein Datenwert außerhalb eines vorgegebenen
Bereiches detektiert, wird das Senden einer Anfrage an das Bayes-Netz 104 ausgelöst. Die
der Diagnoserecheneinheit 105 bereitgestellte Antwort das
Bayes-Netzes 104 auf diese Anfrage stellt dann die Aussage
bereit, mit welcher Wahrscheinlichkeit eine entsprechende Komponente des
Gesamtsystems die Ursache für
die Grenzwertverletzung ist. Wenn die Information in den Knoten des
Bayes-Netzes positions- und/oder zeitabhängig abgebildet ist, hängt die
bereitgestellte Aussage dabei von der Zeit bzw. Position des Fahrzeugs
bei der Bearbeitung der Anfrage durch das Bayes-Netz ab. Die Bestimmung
von Zeit bzw. Position wird dabei in herkömmlicher Weise, z.B. unter
Verwendung eines GPS-Empfängers, durchgeführt.
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Solche
positions- und/oder zeitabhängigen Aussagen
werden ebenfalls als Daten im Speicher 107 abgelegt. Zusätzlich können zu
diesen Daten auch noch weitere Informationen gespeichert werden,
z.B. das Kriterium welches die auslösende Anfrage an das Bayes-Netz
ursprünglich
bewirkt hat. Möglich
ist auch eine automatisierte Anfrage der Diagnoserecheneinheit 105 an
das Bayes-Netz 104, z.B. zu bestimmten Zeiten, an vorbestimmbaren
Ortspositionen oder nach dem Zurücklegen
einer gewissen Wegstrecke durch das Fahrzeug. Hierdurch wird in vorteilhafter
Weise eine "Überwachung" des Telematikdienstes
in der Weise bewirkt, dass durch die automatisierten Anfragen quasi
stichprobenartig der Zustand des Telematikdienstes im Speicher 107 abgelegt
wird. Durch diese Verbreiterung der verfügbaren Datengrundlage wird
eine weitere Verbesserung des Rechenergebnisses der Diagnoserecheneinheit 105 erreicht.
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Wenn
die in den Knoten des Bayes-Netzes abgelegte Information sofort änderbar
ist, z.B. bei der Speicherung des Bayes-Netzes in einem Flashspeicher,
können
die eben beschriebenen positions- und/oder zeitabhängigen Daten
auch zur Modifikation der in den Knoten des Bayes-Netzes abgelegten Information
verwendet werden. Eine solche Modifikation kann sofort oder erst
dann erfolgen, wenn eine bestimmte Schwelle erreicht wurde, z.B.
wenn die Daten mehrmals detektiert und gespeichert worden sind.
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Diese
Daten geben auch völlig
neue Möglichkeiten
zum Einsatz der Erfindung. Durch die Verwendung solcher gespeicherter
Daten ist nämlich eine "Prognose" des Telematikdienstes
im Fahrzeug möglich.
Eine solche Prognose ermöglicht
quasi eine Voraussage des "Dienstewetters" durch die Diagnoserecheneinheit 105,
analog zu den meteorologischen Voraussagen einer Wetterprognose.
Das Auslesen positions- und/oder zeitabhängigen Daten aus dem Speicher 107 ermöglicht dabei, aktuell
im Fahrzeug vorliegende Informationen mit den zu den ausgelesenen
Daten gespeicherten weiteren Informationen in Beziehung zu setzen.
Für den
Fall dass bestimmbare aktuelle Informationen und gespeicherte Informationen
eine vorgebbare Relation erfüllen, werden
die zu den gespeicherten Informationen gehörigen Daten aus dem Speicher 107 ausgelesen und
der Diagnoserecheneinheit 105 verfügbar gemacht.
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Mit
anderen Worten gesprochen werden bereits verfügbare Daten bei "ähnlichen" Situationen zu einem späteren Zeitpunkt
der Diagnoserecheneinheit 105 verfügbar gemacht. Fährt z.B.
das Fahrzeug 1 auf einer bestimmten Strecke und nutzt dort
den Telematikdienst, so wird zu bestimmten Zeitpunkten eine kurzzeitige
Verbindung vom Fahrzeug 1 zum SMS-Center 2 hergestellt.
Bei einer früheren
Fahrt auf dieser Strecke wurde eine Störung der Verbindung vom Fahrzeug 1 zum
SMS-Center 2 detektiert und zusammen mit einer Positionsangabe
im Speicher 107 abgelegt. Tritt nun in diesem Bereich erneut eine
Störung
auf, dann ergibt der Vergleich der aktuellen Fahrzeugposition mit
der zu den gespeicherten Daten abgelegten Fahrzeugposition, dass
diese Daten von der zu berücksichtigen
sind. Die aktuelle Fahrzeugposition wird z.B. mit einem herkömmlichen Navigationsgerät bestimmt.
Durch die Berücksichtigung
der Daten wird dann beispielsweise die aktuelle Fahrzeugposition
und nicht eine Komponente des Telematikdienstes als Ursache mit
der größten Wahrscheinlichkeit
für die
Störung
bestimmt.
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Weiterhin
sind dieser Daten auch vorteilhaft nutzbar für vorausschauende Maßnahmen,
die aus der Prognose abgeleitet und im Sinne einer "Frühwarnung" verwendet werden
können.
Verfügt
beispielsweise das Fahrzeug 1 über zwei verschiedenen Kommunikationseinheiten 102,
so kann durch eine Prognose ein Hinweis auf eine mögliche positionsbedingte
Störung
einer der Kommunikationseinheiten gegeben werden. Vor einer Annäherung an diese
Position kann die Recheneinheit 101 dann speziell die voraussichtlich
nicht gestörte
Kommunikationseinheit auswählen.
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Dieses
Beispiel veranschaulicht die Vorteile einer Prognose des Telematikdienstes.
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Eine
weitere Verbesserung kann dadurch erreicht werden, dass die im Speicher 107 abgelegten Daten
vermittels der Kommunikationseinheiten 102 zu einer Zentrale übertragen
werden. Indem das Fahrzeug zeitweise mit der Zentrale datentechnisch verbunden
wird, kann die im Speicher 107 abgelegte bzw. die Information
in den Knoten des Bayes-Netzes 104 modifizierenden positions-
und/oder zeitabhängigen
Daten speziell dort gesammelt werden. Wenn der Zentrale solche Daten
von einer Vielzahl von Fahrzeugen bereitgestellt werden, ist eine
Vielzahl solcher Daten verfügbar.
Die Zentrale kann dann leistungsfähige Rechner einsetzen und
die übertragenen Daten
effizient nutzen und verarbeiten. Beispielsweise kann ein "Data Mining" (wissensbasierte
Verarbeitung) erfolgen. Die durch die Zentrale von den Fahrzeugen
empfangenen Daten können
sofort und/oder nach der Weiterverarbeitung an andere Fahrzeuge übertragen
werden, z.B. bedarfsweise auf Anforderung oder in regelmäßigen Zeitabständen. Durch
diese Daten werden dann die in den Knoten des Bayes-Netzes 105 gespeicherten
Informationen modifiziert.
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3 stellt
das Grobkonzept eines "Dienstezustandsreporters" als weiteren Anwendungsfall
der Erfindung dar. Der "Dienst" ist beispielsweise
ein vorstehend beschriebener Telematikdienst. Der Dienstezustandsreporter 201 umfasst
ein Systemmodell 202 und eine Menge von Dienstegüteparametern 203 sowie
Datenquellen 204 zur Generierung des Dienstezustandsreporters 201,
wobei der Dienstezustandsreporter 201 als ein jeweiliger "Metadienst" 205, 206, 207 ausgeprägt sein
kann und ein jeweiliger Metadienst 205, 206, 207 wiederum
in verschiedenen Anwendungsumgebungen 205', 206', 207' vorliegen kann. Die Metadienste
sind im einzelnen die Schwachstellenanalyse 205, welche
z.B. in den Anwendungsumgebungen 205' Dienstebetreiber und Systementwicklerarbeitsplatz
vorliegt. Die Diagnose 206 liegt z.B. in den Anwendungsumgebungen 206' Werkstatt und Niederlassung
vor. Die Prognose/Frühwarnung 207 liegt
z.B. in den Anwendungsumgebungen 207' Dienstebetreiber und Fahrzeug vor.
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Der
Dienstezustandsreporter 201 ist ein in einem Speicher abgelegtes
Bayes-Netz, wobei das Systemmodell 202 die Knoten sowie
deren Verschaltung untereinander und die Menge von Dienstegüteparametern 203 die
in diesen Knoten gespeicherten Informationen repräsentiert.
Der Dienstezustandsreporter 201 wird unter Verwendung von
Daten aus Datenquellen 204 generiert. Die Datenquellen 204,
beispielsweise beim Dienstebetreiber, im Fahrzeug oder in einem
SMS-Center angeordnet, liefern zum einen allgemeine Dienstedaten
zur Ableitung messbarer, technischer Dienstegüteparameter. Solche messbaren,
technischen Dienstegüteparameter
sind beispielsweise Feldstärken,
Datendurchsätze,
Fehlerraten oder Systemverfügbarkeiten.
Zum anderen liefern weitere Datenquellen 204, beispielsweise
Expertenbefragungen oder statistische Analysen, Daten über Dienstestörungen.
Aus diesen Daten über Dienstestörungen werden
dann Ausfallwahrscheinlichkeiten von Komponenten und Teilkomponenten des
Dienstes abgeleitet.
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Das
damit vorliegende Bayes-Netz, der Dienstezustandsreporter, ist quasi
die "Schablone" zur Ausprägung eines
jeweiligen "Metadienstes". Dabei ist ein Metadienst
ein solcher Dienst, welcher den zugrunde liegenden Dienst je nach
gewählter
Anwendungsumgebung in eine bestimmten, konkrete Anwendungsform "betreut", d.h. z.B. diagnostiziert, prognostiziert
oder analysiert. Je nach gewählter
Anwendungsumgebung sind dabei beispielsweise die Art des Speichers,
in dem das Bayes-Netz abgelegt ist, die Zahl der Knoten oder die
Art und Menge der in einem Knoten gespeicherten Information unterschiedlich.
Damit erlaubt das vorgegebene "Gerüst" oder "Schablone" des Dienstezustandsreporters
eine flexible Anpassung an die unterschiedlichsten Anwendungen.
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Beispielhaft
seien hier die drei Metadienste Schwachstellenanalyse 205,
Diagnose 206 und Prognose/Frühwarnung 207 genannt.
Die Schwachstellenanalyse 205 liefert z.B. am Systementwicklerarbeitsplatz 205' reproduzierbare
Hinweise auf kritische Abläufe
im Gesamtsystem "Dienst". Die Diagnose 206 erlaubt
die Fehlersuche und – identifizierung
(z.B. die Funktion eines Kommunikationsmoduls) im Gesamtsystem "Dienst", z.B. in einer Werkstatt 206', ohne dass
ein Zugriff auf die einzelnen Systemkomponenten erforderlich ist.
Die Prognose/Frühwarnung 207 ermöglicht es
z.B. anhand eines aus Dienstegüteparametern
abgeleiteten "Dienstepegels" (Charakterisierung
der Dienstequalität/-güte) abzuschätzen, wie
sich der Dienst in seiner Qualität
in einer zeitlichen Vorausschau (Zukunft) entwickelt. Eine solche
Frühwarnung
ist dabei sowohl bei der Entwicklung/Herstellung eines Dienstes einsetzbar,
z.B. zur Erkennung eines fehleranfällig gestalteten Prozessschrittes
beim Dienstebetreiber 207',
als auch im Dienstebetrieb, z.B. zur Erkennung einer nicht ausreichend
dimensionierten Komponente (z.B. einer Rechnereinheit).