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Forschung

Der Lehrstuhl "Entwicklung Cyber-Physikalischer Systeme" befasst sich mit Entwurf und Entwurfsmethodik Cyber-Physikalischer Systeme. Im Fokus sind aktuell drei Schwerpunkte: 

  1. Plattformen für das Internet der Dinge (IoT)
  2. Werkzeuge und Sprachen für die Modellbasierte Entwicklung
  3. Verifikation und Robustheit Cyber-Physikalischer Systeme

Plattformen für das Internet der Dinge

Im Internet der Dinge werden nicht nur Rechner, sondern alle Arten eingebetteter Systeme, von der ZigBee-gesteuerten Glühbirne im Haushalt, am oder im Körper befindliche Sensoren bis hin zu komplexen Fertigungssystemen vernetzt. Die Herausforderung ist zum Einen, aus den sich ergebenden Möglichkeiten neue Dienste zu entwickeln. Zum Anderen, geeignete Plattformen zu finden, die energieeffizient sind und auch auf semantischer Ebene mit anderen Dingen Daten austauschen können. 

Der Lehrstuhl forscht auf dem Gebiet schon seit 2006 unter anderem in mehreren EU Projekten und hat unter anderem eine 3D-integrierte Hardwareplattform (SmartCoDe) sowie eine Dienstklassifikation und -Erkennung auf Semantischer Ebene realisiert. 

Einige ausgewählte Veröffentlichungen hierzu: 

Werkzeuge und Sprachen für die Modellbasierte Entwicklung

Die AG hat sich in den vergangenen 20 Jahren an der Entwicklung von Modellierungssprachen für "Analog/Digital" bzw. "Analog/Mixed-Signal" (AMS) Systeme beteiligt. Dies betraf zunächst VHDL-AMS. Ab 2002 waren wir an der Entwicklung und Standardisierung von Accellera SystemC AMS, aktuell auch IEEE 1666.1 maßgeblich beteiligt.

Aktuell wird an zwei Schwerpunkten geforscht: 

Power Profiling - Ziel ist, in komplexen verteilten Systemen den Stromverbrauch in einzelnen Komponenten einer Ursache zuzuordnen. Die Ursache ist meist in der Software, unter Umständen auf anderen kommunizierenden Knoten lokalisiert.

Modellbasiertes Systems Engineering - Ziel ist, aus einer Spezifikation in SysML verschiedene Modelle - Kommunikations- und Softwarestack (SystemC TLM, AMS) sowie Modelle physikalischer Komponenten (Modelica) sowie die für eine Gesamt-Systemverifikation erforderlichen Schnittstellen zu erzeugen. 

Einige ausgewählte Veröffentlichungen: 

Verifikation und Robustheit Cyber-Physikalischer Systeme

Cyber-Physikalischer Systeme sowie das Internet der Dinge haben eine Komplexität, in der das Auftreten von Fehlern nicht eine zu vermeidende Ausnahmesituation, sondern der zu erwartende Normalfall sind. Solche Systeme müssen daher inhärent robust, resilient oder sogar "self-aware" sein. Ein Beispiel ist etwa ein autonom fahrendes Fahrzeug: Es kann sehr leicht in Situationen geraten, die nicht vorgesehen oder getestet waren. Wie kann hier die Sicherheit der Anwendung nachgewiesen werden? Wie kann die Testcoverage erhöht werden? Wie kann garantiert werden, dass ein einmal validiertes System nicht durch Austausch oder Weiterentwicklung seiner Komponenten unsicher wird? 

Am Lehrstuhl werden Methoden zur Validierung und Verifikation Cyber-Physikalischer Systeme entwickelt, die diese Fragen beantworten sollen. Als Ansatz wird Versucht, Unsicherheiten in Modellen und Komponenten greifbarer zu machen. Hierzu werden Unsicherheiten abstrakt durch Symbole und Eigenschaften beschrieben. Durch symbolische Simulation können dann alle möglichen dynamischen Abläufe bestimmt werden (Model Checking). Trotz aller Sorgfalt wird immer eine Modellierungsunsicherheit bestehen bleiben -- das Modelle die Realität nicht vollständig korrekt beschreiben ist einen ihnen immer immanentes Problem. Daher wird aus dem symbolischen Modell eine Laufzeitkomponente erzeugt, die eine einfache Art von "self-awareness" darstellt.

Eine kleine Übersicht und Motivation wurde z.B. auf IMSTW veröffentlicht (download von IEEE Explorer).