EC3: Adaptive Systeme

Neben Systemanforderungen wie Zuverlässigkeit, Wandelbarkeit und Rekonfigurierbarkeit aus den Engineering Challenges EC1 und EC2 müssen kollaborative eingebette Systeme und Systemverbünde auch auf veränderliche Umgebungen und Gruppenzusammensetzungen hinreichend optimal reagieren können. Dabei entstehen Problemstellungen, die sich aus der Adaptivität der beteiligten kollaborativen eingebetteten Systeme ergeben. In einer Systemgruppe aus adaptiven, eingebetteten Systemen gibt es keine orchestrierende, zentrale Einheit. Das wirkt sich wegen der erhöhten Redundanz einerseits positiv auf die Versagenswahrscheinlichkeit aus, andererseits ergeben sich Herausforderungen aus dieser neuartigen Systemarchitektur. Dazu gehören Forschungsthemen aus den Bereichen der Kommunikationstechnik, Datensicherheit und –konsistenz sowie der Rekonfigurierbarkeit und Entscheidungsfindung innerhalb eines Systemverbunds aus individuellen Agenten. EC3 verbindet die Extreme der Engineering Challenges 1 und 2, da sich hier die Systeme und Systemgruppen zur Laufzeit rekonfigurieren und gleichzeitig zuverlässig, optimiert und vorhersagbar auf dynamische Umgebungsveränderungen reagieren müssen und dabei übergeordnete Systemgruppenziele verfolgen.

Die betrachteten adaptiven Systeme sind zur Laufzeit flexibel und müssen ebenso auf veränderliche Kontexte eingestellt sein. Diese Systemeigenschaften werden derzeit nicht durchgängig vom Modellierungsprozess bis zur Implementierung, sondern in jedem Entwicklungsstadium als Sonderfälle einzeln betrachtet. In EC3 sollen Methodologien entwickelt werden, die die hohen Anforderungen an adaptive Systeme und Systemverbünde schon von Beginn des Entwicklungsprozesses berücksichtigen und abbilden, um den sicheren und performanten Betrieb des Systems (oder Systemverbundes) zu gewährleisten und einen einheitlichen Entwicklungsprozess von adaptiven Architekturen zu ermöglichen.

Besondere Herausforderungen ergeben sich aus der strikten Nicht-Zentralität der kollaborativen eingebetteten Systeme. Die Einzelsysteme sollen in der Lage sein, globale Ziele innerhalb eines Systemverbunds, an den sie sich dynamisch koppeln können, mit ihren eigenen individuellen Zielen so zu vereinbaren, dass eine sichere und optimierte Durchführung von Aufgaben aus beiden Zielkategorien vereinbart wird. Dabei gibt es eventuell keine bestimmende Instanz oder Mediator, der den Einzelsystemen die globalen Ziele zuweist – diese Ziele sollen lediglich der Systemgruppe bekanntgegeben werden, woraufhin diese die Zuweisung (Konsensfindung) auf die Einzelsysteme selbstständig vornimmt.

Da Betriebsumgebungen von kollaborativen eingebetten Systemen veränderlich sein können ist es notwendig, dass sie in unsicheren Kontexten zuverlässig und sicher agieren. Hier legt EC3 das Augenmerk auf die Dezentralisierung von Systemgruppen und die Weitergabe von relevanten Kontextinformationen innerhalb eines dynamischen Systemverbunds. Zudem sollen Systemgruppen in der Lage sein, auch mit zur Designzeit unbekannten Einzelsystemen zu interagieren bzw. zu kollaborieren.

Zur Evaluation werden verschiedene Fallstudien aus dem Bereich der autonomen Transportfahrzeuge in Fabrikumgebungen oder dem Automotive-Bereich herangezogen. Personensichere FTS (fahrerlose Transportsysteme) kommen vor allem in wandelbaren Fabriken zum Einsatz, da sich die Transportfahrzeuge recht einfach an neue Umgebungen anpassen können und gemeinsam mit Menschen operieren können. Unter anderen sollen die Ergebnisse aus EC3 an diesen Fahrzeugen evaluiert werden. In Verknüpfung mit weiteren Teilprojekten aus CrESt sollen auch Fragen zur Systemüberwachung und System Health, dynamischer Systemgruppenkopplung und Verifikation- & Validierungsmethoden und -standards an adaptiven Systemarchitekturen evaluiert werden.