viii
Vorwort
Beide Begriffe, CPS und IoT, sind Verallgemeinerungen des früher geprägten
Begriffs der „eingebetteten Systeme” (ES). Unter dem Begriff „eingebettete Systeme” verstehen wir dabei informationsverarbeitende Systeme, die in ein umgebendes
Produkt (wie ein Auto oder ein Flugzeug) eingebettet sind [372]. Verglichen mit
dem Begriff der eingebetteten Systeme betonen die Begriffe CPS und IoT stärker die
physischen Objekte.
Der starke Anstieg in der Verfügbarkeit von eingebetteten Systemen wurde bereits
2001 vorhergesagt: „Die Informationstechnologie (IT) befindet sich an der Schwelle
einer weiteren Revolution. .... vernetzte Systeme von eingebetteten Rechnern ... haben
das Potential, die Art und Weise, in der Personen mit ihrer Umgebung interagieren,
radikal zu verändern, indem sie eine Reihe von Geräten und Sensoren miteinander
verbinden und erlauben, Informationen in nicht gekannter Weise zu sammeln, zu
teilen und zu verarbeiten. Die Benutzung ... überall in der Gesellschaft kann bisherige
Meilensteine in der Revolution der Informations(nutzung) als Zwerge erscheinen
lassen.” Dieses Zitat aus einem Bericht des National Research Councils in den
USA [411] beschreibt die dramatischen Auswirkungen der Informationstechnologie
in eingebetteten Systemen sehr schön. Diese Revolution hatte bereits einen großen
Einfluss und sie setzt sich fort.
Begriffe wie das durchdringende und allgegenwärtige Rechnen (engl. pervasive
und ubiquitous computing), die umgebende Intelligenz (engl. ambient intelligence)
sowie „Industrie 4.0” [68] beziehen sich ebenfalls auf den dramatischen Einfluss der
Änderungen, die durch Informationstechnologie hervorgerufen werden.
Der Bedeutung eingebetteter/cyber-physikalischer Systeme und des Internets der
Dinge wird bislang in Lehrplänen kaum Rechnung getragen. Dabei verlangt der
Entwurf der erwähnten Systeme interdisziplinäres Wissen und Fähigkeiten jenseits
der Grenzen zwischen traditionellen Fachgebieten. Eine solche breite Ausbildung
erscheint allerdings als schwierig, v.a. aufgrund des großen Bereichs an relevanten Gebieten. Dieses Buch zielt auf den Wissenserwerb in einem Kernbereich der
relevanten Gebiete. Dabei ist es bereits schwierig, einen solchen Kernbereich zu
identifizieren. Dieses Buch soll eine Abhilfe schaffen. Es enthält Stoff für einen
ersten Kurs über solche Systeme und bietet einen Überblick über Schlüsselkonzepte
für eine Integration der IKT mit physischen Objekten. Es betrachtet Hardware- wie
auch Softwareaspekte. Dies geschieht in Übereinstimmung mit den ARTIST1 Richtlinien für Curricula in eingebetteten Systemen: „Die Entwicklung von eingebetteten
Systemen kann die Charakteristika der zugrunde liegenden Hardware nicht ignorieren. Das Zeitverhalten, der Speicherbedarf, die Stromaufnahme und physikalische
Ausfälle sind wichtig” [85].
Dieses Buch ist als Lehrbuch konzipiert, aber es enthält eine größere Anzahl
an Referenzen als übliche Lehrbücher und soll auch helfen, das Themengebiet zu
strukturieren. Daher soll es auch für Lehrende an Hochschulen und Ingenieure
nützlich sein. Für Studierende wird der Zugang zu relevanten Informationsquellen
durch die umfangreichen Referenzen erleichtert.
1 ARTIST ist das Akronym für ein europäisches Exzellenznetzwerk zu eingebetteten Systemen
(siehe https://artist-embedded.org und http://www.emsig.net).
Vorwort
Beide Begriffe, CPS und IoT, sind Verallgemeinerungen des früher geprägten
Begriffs der „eingebetteten Systeme” (ES). Unter dem Begriff „eingebettete Systeme” verstehen wir dabei informationsverarbeitende Systeme, die in ein umgebendes
Produkt (wie ein Auto oder ein Flugzeug) eingebettet sind [372]. Verglichen mit
dem Begriff der eingebetteten Systeme betonen die Begriffe CPS und IoT stärker die
physischen Objekte.
Der starke Anstieg in der Verfügbarkeit von eingebetteten Systemen wurde bereits
2001 vorhergesagt: „Die Informationstechnologie (IT) befindet sich an der Schwelle
einer weiteren Revolution. .... vernetzte Systeme von eingebetteten Rechnern ... haben
das Potential, die Art und Weise, in der Personen mit ihrer Umgebung interagieren,
radikal zu verändern, indem sie eine Reihe von Geräten und Sensoren miteinander
verbinden und erlauben, Informationen in nicht gekannter Weise zu sammeln, zu
teilen und zu verarbeiten. Die Benutzung ... überall in der Gesellschaft kann bisherige
Meilensteine in der Revolution der Informations(nutzung) als Zwerge erscheinen
lassen.” Dieses Zitat aus einem Bericht des National Research Councils in den
USA [411] beschreibt die dramatischen Auswirkungen der Informationstechnologie
in eingebetteten Systemen sehr schön. Diese Revolution hatte bereits einen großen
Einfluss und sie setzt sich fort.
Begriffe wie das durchdringende und allgegenwärtige Rechnen (engl. pervasive
und ubiquitous computing), die umgebende Intelligenz (engl. ambient intelligence)
sowie „Industrie 4.0” [68] beziehen sich ebenfalls auf den dramatischen Einfluss der
Änderungen, die durch Informationstechnologie hervorgerufen werden.
Der Bedeutung eingebetteter/cyber-physikalischer Systeme und des Internets der
Dinge wird bislang in Lehrplänen kaum Rechnung getragen. Dabei verlangt der
Entwurf der erwähnten Systeme interdisziplinäres Wissen und Fähigkeiten jenseits
der Grenzen zwischen traditionellen Fachgebieten. Eine solche breite Ausbildung
erscheint allerdings als schwierig, v.a. aufgrund des großen Bereichs an relevanten Gebieten. Dieses Buch zielt auf den Wissenserwerb in einem Kernbereich der
relevanten Gebiete. Dabei ist es bereits schwierig, einen solchen Kernbereich zu
identifizieren. Dieses Buch soll eine Abhilfe schaffen. Es enthält Stoff für einen
ersten Kurs über solche Systeme und bietet einen Überblick über Schlüsselkonzepte
für eine Integration der IKT mit physischen Objekten. Es betrachtet Hardware- wie
auch Softwareaspekte. Dies geschieht in Übereinstimmung mit den ARTIST1 Richtlinien für Curricula in eingebetteten Systemen: „Die Entwicklung von eingebetteten
Systemen kann die Charakteristika der zugrunde liegenden Hardware nicht ignorieren. Das Zeitverhalten, der Speicherbedarf, die Stromaufnahme und physikalische
Ausfälle sind wichtig” [85].
Dieses Buch ist als Lehrbuch konzipiert, aber es enthält eine größere Anzahl
an Referenzen als übliche Lehrbücher und soll auch helfen, das Themengebiet zu
strukturieren. Daher soll es auch für Lehrende an Hochschulen und Ingenieure
nützlich sein. Für Studierende wird der Zugang zu relevanten Informationsquellen
durch die umfangreichen Referenzen erleichtert.
1 ARTIST ist das Akronym für ein europäisches Exzellenznetzwerk zu eingebetteten Systemen
(siehe https://artist-embedded.org und http://www.emsig.net).