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1 Einleitung
grund der Entwurfskomplexität muss ein hierarchischer Ansatz gewählt werden.
Reale eingebettete Systeme bestehen aus vielen Komponenten und wir interessieren uns daher für den kompositionellen Entwurf. Das bedeutet, wir möchten
die Folgen der Integration von Komponenten analysieren [214]. Beispielsweise
möchten wir wissen, ob wir ein Navigationssystem zu den Informationsquellen
im Auto hinzufügen können, ohne den Kommunikationsbus zu überlasten.
• Der Entwurf von CPS-Systemen erfordert Wissen aus vielen Gebieten. Es ist
schwierig, Mitarbeiter zu finden, die in allen relevanten Bereichen ein ausreichendes Wissen haben und schon der Austausch von Wissen zwischen diesen
Bereichen ist eine Herausforderung. Eine noch größere Herausforderung ist es,
ein Ausbildungsprogramm für den Entwurf von CPS-Systemen zu entwickeln,
da es enge Obergrenzen für den studentischen Arbeitsaufwand gibt [379]. Insgesamt wäre es erforderlich, die Wände zwischen den Disziplinen und Fakultäten
niederzureißen, oder sie zumindest niedriger zu gestalten.
Eine Liste der Herausforderungen findet sich auch im Bericht über IoT von Sundmaeker et al. [516].
1.4 Gemeinsame Eigenschaften
Zusätzlich zu den aufgeführten Herausforderungen gibt es weitere gemeinsame Eigenschaften von eingebetteten, cyber-physikalischen und IoT-Systemen, unabhängig
vom Anwendungsbereich.
• Diese Systeme werden oft durch Sensoren, die Informationen über diese Umgebung sammeln, und Aktuatoren, welche die Umgebung steuern, mit der physischen Umgebung verbunden. Beim Internet der Dinge werden diese Komponenten
mit dem Internet verbunden.
Definition 1.9: Aktuatoren sind Komponenten, die numerische Werte in physikalische Effekte verwandeln.
• Üblicherweise sind eingebettete Systeme reaktive Systeme, die wie folgt definiert
werden können:
Definition 1.10 (Bergé [566]): „Ein reaktives System ist ein System, das sich in
ständiger Interaktion mit seiner Umgebung befindet und mit einer Geschwindigkeit reagiert, die durch diese Umgebung vorgegeben wird.”
Reaktive Systeme modellieren wir als Systeme, die sich in einem Zustand befinden
und auf eine Eingabe warten. Für jede Eingabe wird eine bestimmte Berechnung
durchgeführt und eine Ausgabe sowie ein neuer Zustand erzeugt. Daher stellen
endliche Automaten sehr gute Modelle für solche Systeme dar. Mathematische
Funktionen zur Beschreibung der von Algorithmen zu lösenden Probleme wären
hier ein unpassendes Modell.
1 Einleitung
grund der Entwurfskomplexität muss ein hierarchischer Ansatz gewählt werden.
Reale eingebettete Systeme bestehen aus vielen Komponenten und wir interessieren uns daher für den kompositionellen Entwurf. Das bedeutet, wir möchten
die Folgen der Integration von Komponenten analysieren [214]. Beispielsweise
möchten wir wissen, ob wir ein Navigationssystem zu den Informationsquellen
im Auto hinzufügen können, ohne den Kommunikationsbus zu überlasten.
• Der Entwurf von CPS-Systemen erfordert Wissen aus vielen Gebieten. Es ist
schwierig, Mitarbeiter zu finden, die in allen relevanten Bereichen ein ausreichendes Wissen haben und schon der Austausch von Wissen zwischen diesen
Bereichen ist eine Herausforderung. Eine noch größere Herausforderung ist es,
ein Ausbildungsprogramm für den Entwurf von CPS-Systemen zu entwickeln,
da es enge Obergrenzen für den studentischen Arbeitsaufwand gibt [379]. Insgesamt wäre es erforderlich, die Wände zwischen den Disziplinen und Fakultäten
niederzureißen, oder sie zumindest niedriger zu gestalten.
Eine Liste der Herausforderungen findet sich auch im Bericht über IoT von Sundmaeker et al. [516].
1.4 Gemeinsame Eigenschaften
Zusätzlich zu den aufgeführten Herausforderungen gibt es weitere gemeinsame Eigenschaften von eingebetteten, cyber-physikalischen und IoT-Systemen, unabhängig
vom Anwendungsbereich.
• Diese Systeme werden oft durch Sensoren, die Informationen über diese Umgebung sammeln, und Aktuatoren, welche die Umgebung steuern, mit der physischen Umgebung verbunden. Beim Internet der Dinge werden diese Komponenten
mit dem Internet verbunden.
Definition 1.9: Aktuatoren sind Komponenten, die numerische Werte in physikalische Effekte verwandeln.
• Üblicherweise sind eingebettete Systeme reaktive Systeme, die wie folgt definiert
werden können:
Definition 1.10 (Bergé [566]): „Ein reaktives System ist ein System, das sich in
ständiger Interaktion mit seiner Umgebung befindet und mit einer Geschwindigkeit reagiert, die durch diese Umgebung vorgegeben wird.”
Reaktive Systeme modellieren wir als Systeme, die sich in einem Zustand befinden
und auf eine Eingabe warten. Für jede Eingabe wird eine bestimmte Berechnung
durchgeführt und eine Ausgabe sowie ein neuer Zustand erzeugt. Daher stellen
endliche Automaten sehr gute Modelle für solche Systeme dar. Mathematische
Funktionen zur Beschreibung der von Algorithmen zu lösenden Probleme wären
hier ein unpassendes Modell.