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Künstliche Intelligenz

Aus Softwarefehlern lernen – Teil 2: Warum explodierte Ariane 5 nach dem Start?


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English.

It was translated with technical assistance and editorially reviewed before publication.

Zahlen wirken in Programmen so selbstverständlich, dass viele Entwicklerinnen und Entwickler sie intuitiv wie in der Mathematik behandeln: Addition, Subtraktion, Multiplikation – was soll da schon schiefgehen? In der Praxis lauern hier jedoch zahlreiche Fallstricke. Speicherbegrenzungen, Rundungsfehler, Konvertierungen zwischen Datentypen und die unterschiedliche Behandlung von Ganzzahlen und Gleitkommazahlen führen immer wieder zu katastrophalen Fehlern.


Golo Roden

Golo Roden

Golo Roden ist Gründer und CTO von the native web GmbH. Er beschäftigt sich mit der Konzeption und Entwicklung von Web- und Cloud-Anwendungen sowie -APIs, mit einem Schwerpunkt auf Event-getriebenen und Service-basierten verteilten Architekturen. Sein Leitsatz lautet, dass Softwareentwicklung kein Selbstzweck ist, sondern immer einer zugrundeliegenden Fachlichkeit folgen muss.

Die Teile der Serie „Aus Softwarefehlern lernen“:

Ein ikonisches Beispiel dafür ist der Fehlschlag des ersten Ariane-5-Starts im Jahr 1996. Nur 37 Sekunden nach dem Start verließ die Rakete ihre Flugbahn, begann sich unkontrolliert zu drehen und zerstörte sich schließlich selbst. Die Ursache war nicht ein Materialproblem oder ein Defekt an der Rakete, sondern ein Softwarefehler in der Trägheitsnavigationssoftware.

Konkret versuchte das System, einen 64-Bit-Gleitkommawert in einen 16-Bit-Integer zu konvertieren. Der Wert war für die Ariane 5 jedoch zu groß und es kam zu einem Überlauf, der dann eine Ausnahme auslöste. Die Folge: Das gesamte Leitsystem schaltete sich ab. Da die Rakete zwei identische Systeme hatte, die synchron liefen, wiederholte sich der Fehler sofort auf dem Backup – die Redundanz konnte also nicht helfen.

Das wirft die Frage auf: Warum passiert so etwas in einem milliardenschweren Raumfahrtprogramm? Die Antwort ist tatsächlich lehrreich: Die Software der Ariane 5 basierte in Teilen auf dem Vorgängermodell Ariane 4. Dort waren die Wertebereiche kleiner, und ein 16-Bit-Integer war völlig ausreichend. Bei der Ariane 5 lagen die Beschleunigungen jedoch in einem anderen Bereich. Die alten Annahmen passten nicht mehr, aber die Entwickler haben die entsprechenden Codepfade nie überprüft – schließlich hatte die Software ja bereits jahrelang zuverlässig funktioniert.

Dieses Muster findet sich auch heute immer wieder in unzähligen Projekten:

  • Entwicklerinnen und Entwickler übernehmen alte Codepfade, ohne ihre Gültigkeit für neue Einsatzbedingungen zu prüfen.
  • Implizite Typumwandlungen oder fehlende Bereichsprüfungen führen im Grenzfall zu Überläufen.
  • Fehlerbehandlung fehlt oder ist zu global – wie im Fall der Ariane, bei der eine einzelne Ausnahme zum Totalausfall führte.

In der Praxis begegnen Developer diesem Risiko immer wieder – auch in völlig alltäglichen Projekten. Typische Symptome sind:

  • Plötzliche Sprünge oder negative Werte in Zählern,
  • NaN-Ergebnisse oder Inf-Werte bei Gleitkommarechnungen und
  • stille Rundungsfehler, die sich erst bei großen Zahlen oder nach langer Laufzeit bemerkbar machen.

Das Schlimmste daran ist, dass Gegenmaßnahmen durchaus bekannt sind, häufig aber aus Zeit- und Kostengründen vernachlässigt werden:

  1. Explizite Bereichsanalysen: Vor allem bei Übernahmen prüfen, ob alle Wertebereiche noch passen.
  2. Saturating Arithmetic oder Clamping: Wenn ein Wert den zulässigen Bereich überschreitet, diesen auf das Maximum setzen oder den Vorgang abbrechen, statt unbemerkt überlaufen zu lassen.
  3. Fail fast“ bei kritischen Konvertierungen: Lieber ein gezielter Fehler, der sich früh zeigt, als eine stille Datenkorruption.
  4. Telemetrie und Monitoring: Wertebereiche im Betrieb überwachen und auffällige Ausreißer melden.

Interessant dabei ist auch die psychologische Komponente: Viele Teams verlassen sich auf ihre Testabdeckung und übersehen, dass Testdaten oft zu nett sind. Grenzwerte, Extrembereiche und ungewöhnliche Kombinationen fehlen häufig. Erst Property-based Testing, Fuzzing oder gezielte Grenzwerttests decken die kritischen Fälle auf.

Der Ariane-5-Vorfall hat gezeigt, dass selbst in hochkritischen Projekten mit gefühlt unendlichem Budget ein scheinbar banales Zahlenproblem zu einer Milliardenkatastrophe führen kann. Für den Alltag in der Unternehmens-IT heißt das: Jede Zahl ist ein Modell, und Modelle haben Grenzen. Wer diese Grenzen kennt und absichert, verhindert nicht nur Abstürze, sondern spart sich auch stundenlange Fehlersuche bei subtilen Rundungsfehlern.

Diese Artikelserie stellt neun typische Fehlerklassen vor, die in der Praxis immer wieder auftauchen – unabhängig von Branche oder Technologie. In jeder Kategorie wird die Serie ein konkretes Beispiel vorstellen, dessen Ursachen analysieren und daraus ableiten, was Softwareentwicklerinnen und Softwareentwickler langfristig lernen können.

Im nächsten Teil lesen Sie: Concurrency und Scheduling: Wenn sich Prozesse gegenseitig blockieren.


(who)



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ITU: Netzbevölkerung wächst, digitale Kluften bleiben


Sechs Milliarden Menschen weltweit nutzen mittlerweile das Internet, das sind rund drei Viertel der Weltbevölkerung. Das teilte die Internationale Fernmeldeunion (ITU) am Montag in Genf mit. Vor einem Jahr waren es demnach noch 5,8 Milliarden Menschen.

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Während die Netzbevölkerung langsam weiterwächst, bleiben im internationalen Vergleich wesentliche Unterschiede bei den Zugangsmöglichkeiten, betont die ITU. Das betrifft Bereiche wie den Ausbau von Infrastruktur und Preise für Anwender. Trotz der Fortschritte haben noch immer rund 2,2 Milliarden Menschen weltweit keinen Zugang zum Internet.

Erstmals erfasst der Bericht auch die über 5G angebundenen Nutzer. Laut ITU hat Europa mit einer 5G-Abdeckung von 74 Prozent die Nase vorn, gefolgt von Asien mit 70 Prozent und dem amerikanischen Kontinent mit 60 Prozent. In den Entwicklungsländern liegt diese Zahl teilweise bei gerade mal 4 Prozent.

Die Teilhabe am globalen Netz ist eine Frage des Geldes. In Ländern mit hohem Einkommen nähere man sich dem Ziel eines universellen Netzzugangs (94 Prozent online), schreibt die ITU. In den ärmsten Ländern haben dagegen nur 23 Prozent Zugang. Trotz teils höherer Wachstumserwartungen sei nicht damit zu rechnen, dass die digitale Kluft in absehbarer Zeit geschlossen werde.

In ärmeren Ländern bestehen in aller Regel unterschiedliche Zugangsmöglichkeiten zwischen Stadt und Land sowie Männern und Frauen. Den größten Unterschied zwischen den Geschlechtern vermerkt die ITU für die arabischen Länder. Dort nutzen nur 64 Prozent der Frauen das Netz im Vergleich zu 75 Prozent der Männer (Europa 93 Prozent versus 92 Prozent).

Die ITU hat ihre jährliche Bestandsaufnahme der globalen Telekommunikation zum Auftakt der World Telecom Development Conference (WTDC) am Montag in Baku veröffentlicht. Die WTDC will bis 28. November einen neuen //www.itu.int/en/mediacentre/Pages/PR-2025-11-17-WTDC-opening.aspx:Vierjahresplan für die Schließung digitaler Kluften weltweit verabschieden.

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(vbr)



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EU-Frequenzgruppe: Oberes 6-GHz-Band ist für 6G nötig, WLAN hat das Nachsehen


Die Radio Spectrum Policy Group (RSPG) hat am Montag ihre lange erwartete Empfehlung für die künftige Nutzung des oberen Teils des 6-GHz-Bandes (6425 bis 7125 MHz) in Europa veröffentlicht. Dieses Spektrum ist sehr begehrt, da es eine große „Datenautobahn“ darstellt, die sowohl für neue Mobilfunkstandards wie 6G als auch für leistungsstarke, drahtlose lokale Netzwerke (WLAN) dringend benötigt wird. Es ist der einzige verbleibende große Frequenzteil im mittleren Bereich, der für hohe Kapazitäten zur Verfügung steht.

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Das Frequenz-Beratungsgremium der EU-Kommission versucht auf 28 Seiten, die Interessen des lizenzierten Mobilfunks und der unlizenzierten WLAN-Systeme auszugleichen. Zugleich will es bestehende Funkdienste, die diese Frequenzen aktuell nutzen, schützen. Kern der Empfehlung ist eine klare Aufteilung des Bandes, bei der jeder Seite ein eigener, vorrangiger Bereich zugewiesen wird.

Der obere Teil des Spektrums im Bereich 6585 bis 7125 MHz soll laut der RSPG vorrangig dem Mobilfunk zugeteilt werden. Mobilfunkbetreiber können diesen Bereich also nutzen, um ihre Netze auszubauen und neue Technologien wie 6G einzuführen. Die Experten sind aber auch dafür, dass WLAN-Systeme diesen Bereich potenziell mit in Anspruch nehmen dürfen – allerdings nur, wenn sie den Mobilfunk nicht stören.

Die RSPG plädiert in diesem Sinne für eine nicht-priorisierte Nutzung: Sollte der Mobilfunk den Platz benötigen, müsste WLAN zurückstehen. Die einzelnen Länder in Europa sollen auch selbst entscheiden dürfen, ob sie diese Mitnutzung durch solche drahtlosen Funknetze erlauben. 160 MHz könnten zudem möglicherweise von Ende 2027 an für WLAN freigegeben werden.

Den unteren Teil des Bandes (6425 bis 6585 MHz) sieht die Gruppe hauptsächlich als eine Art Schutzstreifen. Er soll verhindern, dass die Mobilfunksignale oder Signale aus dem oberen Teil des Bandes Aktivitäten im unteren Teil stören (5945 bis 6425 MHz), den die Kommission bereits für WLAN freigegeben hat. Ziel ist es, das vorhandene WLAN-Spektrum zu sichern.

Zusätzlich will die RSPG gewährleisten, dass wichtige bestehende Nutzer nicht beeinträchtigt werden. Dazu gehören Richtfunkstrecken von Unternehmen und staatlichen Stellen, Satellitenkommunikation sowie wissenschaftliche Anwendungen. Insbesondere soll ein kleines Teilband (6650 bis 6675.2 MHz) für die Radioastronomie erhalten bleiben, da dort wichtige Messungen zur Sternentstehung durchgeführt werden. Für Satelliten zur Erdbeobachtung, die in diesem Band Daten zur Meerestemperatur sammeln, sucht Europa langfristig nach Ausweichfrequenzen.

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Die RSPG-Linie dient der Kommission als Empfehlung für die Festlegung verbindlicher Nutzungsbedingungen im Frequenzausschuss, die dann in den Mitgliedstaaten umgesetzt werden. Die Bundesregierung machte sich in dem Gremium entgegen eines Appells von Verbänden und Firmen aus der Breitband-, Energie- und Kommunalwirtschaft dafür stark, das gesamte obere 6-GHz-Frequenzband vorrangig dem Mobilfunk zuzuweisen.

Die Lobby-Gruppen Breko, BDEW und VKU fordern die Kommission jetzt auf, die Entscheidung der RSPG kritisch zu prüfen. Sie sollte demnach „im Interesse von Gesellschaft, Wirtschaft und Bildungseinrichtungen schon jetzt sicherstellen, dass einer lizenzfreien WLAN-Nutzung im oberen 6-GHz-Band 320 MHz zur Verfügung stehen“. Sonst könnte der neue Wi-Fi-7-Standard sein volles Potenzial nicht entfalten. Eine Mobilfunknutzung sei dagegen nur in Ballungsräumen sinnvoll umzusetzen.


(wpl)



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Luna Halle: DLR probt die Suche nach Wassereis im Mondboden


Wenn Menschen künftig dauerhaft auf dem Mond präsent sein wollen, wird Wasser ein unabdingbarer Rohstoff sein: zum Trinken und, zerlegt in seine Bestandteile, als Lieferant für Atemluft und Treibstoff. Vorkommen von Wassereis auf dem Mond sind bereits nachgewiesen. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) erprobt nach eigenen Angaben bereits die Suche nach Eis unter der Oberfläche in der Mondhalle in Köln.

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Das Mondzentrum Luna ist eine 700 Quadratmeter große und 9 Meter hohe Halle auf dem Gelände des DLR in Köln, in der Raumfahrtakteure Einsätze auf dem Mond trainieren können. Dazu ist die Halle mit einer bis zu 3 Meter dicken Schicht aus simuliertem Mondstaub, dem Regolith, bedeckt.

Empfohlener redaktioneller Inhalt

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Training für die Raumfahrt: Besuch in der Mondhalle

„Wir haben darin eine große Plexiglas-Scheibe vergraben, die eine Radarsignatur für Wassereis hat“, erzählte Thomas Uhlig, Projektmanager der LUNA Halle, als heise online die Luna-Halle im Frühjahr besuchte. Im Rahmen der Polar Explorer Kampagne hat das Team von Nicole Schmitz vom DLR-Institut für Weltraumforschung mithilfe von zwei Rovern erfolgreich nach Wassereis – respektive der Plexiglas-Scheibe – im Mondboden gesucht und den Fund kartiert. Als Nächstes will das Team die Daten auswerten.

„Wenn wir Wassereis auf dem Mond finden und kartieren wollen, müssen wir auf der Oberfläche sehr beweglich sein. Deswegen hatten wir zwei Rover im Einsatz, die mit speziellen Instrumenten unterwegs waren“, erzählt Schmitz. „Die Kombination von unterschiedlichen Methoden bringt Vorteile und erwies sich auch hier als besonders zuverlässig.“

Zum Einsatz kam zum einen Radar, das den Kontrast zwischen Regolith und Plexiglas oder Eis erkennt. Daneben wurde ein seismisches Verfahren eingesetzt: Eine seismische Quelle (Portable Active Seismic Source, PASS) erzeugt Schwingungen im Boden. Diese verformen ein darin verlegtes Glasfaserkabel. Die winzigen Verformungen der Glasfaser lassen Schlüsse auf die Struktur des Untergrunds zu. Ein solches Kabel könnte auch auf dem Mond verlegt werden.

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Die Menschheit will zurück auf den Mond. (Bild:

heise online/ wpl

)

Die Kölner Halle wird vom DLR und der Europäischen Weltraumorganisation (European Space Agency, ESA) betrieben. Die Landschaft stellt die Gegebenheiten am Südpol des Mondes dar, der als potenzieller Lande- und Siedlungsplatz in Frage kommt, mit simuliertem Mondstaub und der extremen Lichtsituation. In einer weiteren Ausbaustufe soll ab dem kommenden Jahr auch ein System installiert werden, das die verminderte Schwerkraft auf dem Mond simuliert.

„Wir wollen für Europa, für die Industrie, für Astronauten, und Forschungsinstitutionen die Möglichkeit bieten, witterungsunabhängig in einem Gebäude unter reproduzierbaren Bedingungen zu trainieren“, sagte Uhlig heise online. Die Halle steht aber auch Nicht-Europäern offen: Das japanische Raumfahrtunternehmen iSpace etwa bereitete dort seine letztlich gescheiterte Mondlandung vor.


(wpl)



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