Forscher stellen Open-Source-Simulator für cyber-physische Systeme vor

Cyber-physische Systeme (CPS) bekommen dank der rasanten Entwicklung des Internets der Dinge (IdD) und der Kombination mit künstlicher Intelligenz (KI), maschinellem Lernen und der Cloud immer mehr Aufmerksamkeit. Diese interaktiven Netze physischer und rechnerischer Komponenten bilden die Grundlage für eine kritische Infrastruktur, für Smart Services und für eine Verbesserung der Lebensqualität in allen Bereichen von Energieversorgung und Umwelt bis hin zu Verkehr und Gesundheit.

CPS-Technologien verändern schon heute die Art und Weise, wie Menschen mit technischen Systemen in der „echten“ oder „physischen“ Welt interagieren, genauso wie das Internet verändert hat, wie Menschen mit Informationen umgehen. Doch aufgrund der Komplexität der Systeme stehen die CPS-Entwickler vor einem großen Problem: Es gibt zu wenige Simulationswerkzeuge und -modelle für Gestaltung und Analysen.

Ein Forschungsteam hat jetzt mit Unterstützung des EU-finanzierten Projekts COSSIM dieses Thema untersucht. Sie haben ein Open-Source-Framework veröffentlicht, dass vollintegriert sowohl die Netzwerk- und die Rechenaktivitäten des CPS, als auch Systeme von Clouds und Hochleistungsrechnern (HPC) simuliert. HPC bezieht sich auf die Verwendung von Supercomputern und Technologien für Parallelverarbeitung, mit denen komplexe Rechenprobleme gelöst werden.

Die Forscher haben ihre Ergebnisse in einer Pressemitteilung im „Electronic Engineering Journal“ veröffentlicht. Darin schreiben sie, das COSSIM-Framework sei „erfolgreich in einem komplexen Client-Server-Anwendungsfall evaluiert worden, bei dem mit einer visuellen Suche, Instanzen von Objekten ermittelt wurden.“

In der Pressemitteilung wird Danilo Pau zitiert, Leiter des technischen Personals bei STMicroelectronics und einer der Partner in COSSIM: „Besonders der IdD-Markt braucht dringend Funktionalitäten der KI, um sein immenses Wachstumspotenzial effektiv nutzen zu können. Ein starker Simulator für CPS und Clouds kann dem Bedarf begegnen, denn er unterstützt Systemdesigner bei ihren Simulationen und Co-Simulationen wesentlich effektiver als traditionelle Methoden.“

Er sprach auch davon, dass die im Rahmen von COSSIM entwickelte Technologie das Potenzial habe, der Produktivität im Systemdesign neuen Schwung zu geben und als Open-Source-Framework außerdem von den Beiträgen der GitHub Community zu profitieren. GitHub ist eine Plattform, auf der Entwickler Codes einspeisen und prüfen sowie Projekte verwalten und Software erstellen können.

Laut der Pressemitteilung verbindet das Open-Source-Framework von COSSIM einen „Full-System-Simulator“ der Rechner mit einem innovativen Netzwerksimulator. Zusätzlich bietet es durch die Verwendung von ST Mikrokontrollern einen neuartigen und effizienten Hardwarebeschleuniger.

Dank COSSIM („A Novel, Comprehensible, Ultra-Fast, Security-Aware CPS Simulator“) kann das Open-Source-Framework die Größenordnungen der Simulationen auch schneller durchführen. Es bietet signifikant genauere Ergebnisse als bisherige Lösungen, besonders im Hinblick auf den Energieverbrauch und erstellt Berichte über die Sicherheitslevels der simulierten CPS. Auf der Projektwebsite erklären die Forscher, dass das Open-Source-Framework zwei echte Anwendungsbeispiele aus verschiedenen Fachbereichen simulieren wird, um alle Features des CPS in extrem anspruchsvollen Marktumgebungen zu demonstrieren.

Weitere Informationen:
COSSIM Projektwebsite.