openCPS: Stochastische Modelle für den Entwurf und die Analyse offener cyber-physischer Systeme

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Alejandro Masrur
• Fachliche Zuordnung: Rechnerarchitektur, eingebettete und massiv parallele Systeme ; Sicherheit und Verlässlichkeit, Betriebs-, Kommunikations- und verteilte Systeme
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 314393145

• Erstellungsjahr: 2021

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Ziel dieses Projekts war es, probabilistische Methoden zur Ableitung von sicherheitskritischen Garantien zu untersuchen. Zudem wurde veranschaulicht, dass diese besonders bei offenen cyber-physischen System sinnvoller sind, als mögliche deterministische Varianten. Auf dieser Basis konnte eine Reihe von probabilistischen Ansätzen entworfen, getestet und veröffentlicht werden. Diese Ansätze werden in nachfolgenden Publikationen und Projekten weiterentwickelt, um zum Wissensstand in diesem jungen Forschungsbereich weiterhin beizutragen zu können. Das im Laufe der Publikationen entwickelte Verkehrsprotokoll für intelligente Kreuzungen erlaubt eine realistischere Modellierung des Problems in Bezug auf Faktoren wie Fahrzeugeigenschaften, Fahrtrichtung, Verkehrsdichte und Platzanforderungen an die Kreuzungsinfrastruktur. Hierbei können verschiedene sicherheitskritische Randfälle probabilistisch herausgestellt und mit einer Auftrittswahrscheinlichkeit versehen werden, sodass auf diese Art und Weise eine komplette Modellierung der Systemsicherheit erreicht werden kann. Während ursprünglich geplante Themen wie die Nutzung von der Extremwerttheorie oder die probabilistische Modellierung von Schedulingprozessen sich als nicht praktikabel erwiesen haben, konnten daraufhin interessante Alternativpfade berücksichtigt werden, insbesondere die probabilistische Modellierung physischer Faktoren der Fahrzeuge auf der Basis von öffentlich verfügbaren Daten, wie die europaweiten Fahrzeugverkaufszahlen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• A Reliable MAC for Delay-Bounded and Energy-Efficient WSNs, in Proceedings of the 23rd IEEE International Conference on Embedded and Real-Time Computing Systems and Applications (RTCSA), 2017
  P. Parsch, Philip and A. Masrur
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1109/RTCSA.2017.8046305)
• Using Probabilistic Estimates to Guarantee Reliability in Crossroad VANETs, in Proceedings of the 7th ACM International Symposium on Design and Analysis of Intelligent Vehicular Networks and Applications (DIVANet), 2017
  D. Markert, P. Parsch and A. Masrur
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1145/3132340.3132343)
• Accounting for Reliability in Unacknowledged Time-Constrained WSNs, in Transactions on Cyber-Physical Systems (TCPS), 2019
  P. Parsch and A. Masrur
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1145/3241746)
• Analyzing the Impact of Probabilistic Estimates on Communication Reliability at Intelligent Crossroads, in Proceedings of the 22nd Euromicro Conference on Digital Systems Design (DSD), 2019
  D. Markert, P. Parsch and A. Masrur
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1109/DSD.2019.00039)
• Space-Efficient Traffic Protocols for Intelligent Crossroads, in Proceedings of the 30th IEEE Intelligent Vehicles Symposium (IVS), 2019
  D. Markert and A. Masrur
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1109/IVS.2019.8814043)
• Impact of Probabilistic Vehicle Estimates on Communication Reliability at Intelligent Crossroads, in Microprocessors and Microsystems (MICPRO), 2020
  D. Markert, P. Parsch and A. Masrur
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.micpro.2020.103262)