Subject » BMEVIMIAV05
Cyber-Physical Systems
Kiber-fizikai rendszerek
A tantárgyleírás hatályossága
Hatályosság kezdete:
—
Hatályosság vége:
—
| Subject name (Hungarian, English) |
Kiber-fizikai rendszerek
Cyber-Physical Systems
|
||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Subject code | BMEVIMIAV05 | ||||||||||||
| Subject type | — | ||||||||||||
| Training Level | — | ||||||||||||
| Course types and hours (weekly/semester) |
|
||||||||||||
| Assessment type | vizsga | ||||||||||||
| Credits | 4 | ||||||||||||
| Subject coordinator |
Dr. Péceli Gábor
position: egyetemi tanár
contact:
peceli.gabor@vik.bme.hu
|
||||||||||||
| Responsible department |
—
|
||||||||||||
| Faculty | |||||||||||||
| Subject website | — | ||||||||||||
| Primary curriculum type | — | ||||||||||||
| Direct prerequisites – Strong prerequisite | none | ||||||||||||
| Direct prerequisites – Weak prerequisite | none | ||||||||||||
| Direct prerequisites – Parallel prerequisite | none | ||||||||||||
| Direct prerequisites – Milestone prerequisite | none | ||||||||||||
| Direct prerequisites – Exclusion | none |
Objectives
Programme
1. Bevezetés (2 hét)
· A kiber-fizikai rendszerek definíciója, a kiber-fizikai rendszerek és a beágyazott rendszerek kapcsolata, tipikus alkalmazások, követelmények.
· Összefoglaló áttekintés a beágyazott rendszerekről
2. Modellezés, specifikálás, analízis (2 hét)
- Folytonos és diszkrét idejű dinamikus rendszerek modellezésének elvi kérdései, hibrid (folytonos+ diszkrét) rendszerek analízise, a specifikáció és analízis formális eszközei
- A hibrid rendszerek modellezési eszközei, szimulációs eszközök
- Többkomponensű heterogén fizikai rendszerek együttműködésének speciális kérdései (valós idejű működés, megbízhatóság...)
- A hierarchikus és elosztott rendszerek modellezésének speciális kérdései
· Rendszerdekompozíció mint a komplex feladatok mérnöki megoldásának egyik legfontosabb alapelve
· A komponens alapú tervezés két alapelve:
o rendszer-komponálhatóság (compositionality): annak feltétele, hogy egy rendszer komponensei tulajdonságainak ismeretében meghatározhatók-e egy összetett rendszer tulajdonságai
o komponensek komponálhatósága (composability): annak feltétele, hogy a komponensek tulajdonságai nem változnak a komplex rendszer létrehozása során a komponensek közötti kölcsönhatások következtében
· Feladatdekompozíció és kooperáció elosztott rendszerekben, feladathierarchizálás
· A funkcionalitás, erőforrás-allokáció módszerei és eszközei. Adaptív és kontextus függő feladatallokáció
4. A kiber-fizikai rendszerek speciális hardver kérdései (2 hét)
· Érzékelők és érzékelő hálózatok
· Processzáló egységek: alkalmazásspecifikus SoC (system on chip) architektúrák, a NoC (network on chip), CPU, DSP, FPGA. Valós idejű processzor virtualizáció.
· Többmagos számítások MPSoC, a többszálú programozás hardver eszközei, GPU, újrakonfigurálható hardver architektúrák
5. A kiber-fizikai rendszerek speciális szoftver kérdései (2 hét)
· Kiber-fizikai rendszerek felügyeleti és szabályozási kérdései
· A rendszerkonfiguráció felderítése és modellezése, képesség és rendelkezésre állás vezérelt feladatallokáció.
· A funkcionális és strukturális átkonfigurálás, mint az adaptív feladatallokáció, illetve öngyógyítás eszköze. Tipikus ipari megoldások
· Biztonság illetve rendelkezésre állás kritikus funkciók megvalósítási lehetőségei, redundáns algoritmusok és implementációk használata, tervezett degradáció
6. A kiber-fizikai rendszerek tervezési kérdése (2 hét)
· Rendszerintegráció: tervezés komponensekből, komponensek összekapcsolása
· A kiber-fizikai rendszerek kommunikációjának általános és speciális megoldásai, felügyelete
· Teljesítményviszonyok elemzése, a valós idejű határidők betartása
· Biztonságkritikus rendszerek speciális problémái
· Adatbiztonság és védelem
· Hibatűrés, öngyógyítás
· Ellenőrzéstechnológia a tervezés során: verifikáció, validáció, szimuláció, mérés
· Ellenőrzéstechnológia a működtetés során: monitorozás és diagnosztika
7. Esettanulmányok (2 hét)
· Az esettanulmányok a rendszertechnikai és technológiai megalapozást az intelligens város, e-health és energiagazdálkodás témaköréből vett példákkal támasztják alá.
A tantárgy célja, hogy bemutassa a beágyazott rendszerek kiterjesztéseként és továbbfejlődéseként, valamint az informatika világával való integráció eredményeképpen a közelmúltban megjelent új, gyorsan fejlődő területet, az ún. kiber-fizikai rendszereket (cyber-physical systems). A beágyazott rendszerek témakör ismereteire alapozva bemutatja, hogy mennyiben jelentenek többet, illetve mást a kiber-fizikai rendszerek, mint a hagyományos beágyazott rendszerek, milyen feladattípusok megoldására jöttek létre, melyek ezen terület speciális problémái, és milyen megoldások léteznek ezen speciális problémákra. A tárgy számos gyakorlati példával, konkrét esettanulmányokkal támasztja alá az elméleti ismereteket. A kiber-fizikai rendszerek olyan számítási rendszerek, melyek intenzív kapcsolatban vannak a környező fizikai világgal, a fizikai folyamatokkal, egyúttal kiszolgálják és hasznosítják az interneten elérhető adatfeldolgozási szolgáltatásokat. A kiber-fizikai rendszerek magukon viselik a beágyazott rendszerek főbb jellemvonásait (dedikált feladatokat hajtanak végre speciális fizikai rendszerek számára, méretben, költségben, energia-felvételben stb. korlátozottak, teljesítőképességben, megbízhatóságban, rendelkezésre állásban kivételes követelményeknek kell eleget tenniük stb.), azonban míg a beágyazott rendszerek általában különálló rendszerek, melyek egy fizikai rendszerhez kapcsolódnak (pl. gépkocsi), a kiber-fizikai rendszerekre jellemző, hogy integrálják a beágyazott rendszerben levő számítási képességeket a kommunikáció segítségével a cyber világ adatfeldolgozási képességeivel, heterogén környezetben működnek, és biztosítják a fizikai világgal való intenzív interaktív kapcsolatot.
A tantárgy követelményeit eredményesen teljesítő hallgatóktól elvárható, hogy ismeretekkel rendelkezzenek a diszkrét idejű és a folytonos rendszerek együttműködésének speciális problémáiról, a kiber-fizikai rendszerekkel szemben támasztható és támasztandó követelményekről, ismerjék a valós idejű programvégrehajtás és feladat-szinkronizálás alapvető módszereit, az elosztott rendszerek és adatfeldolgozás alapvető jellemzőit, valamint az elkészült rendszerek tesztelésével és diagnosztikájával, ill. verifikációjával és validációjával kapcsolatos módszerek legfontosabb lépéseit. A szenzorhálózatokra épülő alkalmazások példáján keresztül a hallgatók elsajátítják az elosztott rendszerek programozásának és kommunikációjának alapjait, továbbá biztonságos működtetésük legfontosabb szempontjait.
Learning outcomes
Ez a tantárgy a KKK rendeletben meghatározott, következő kompetenciák fejlesztését szolgálja:
Knowledge
No learning outcomes recorded.
Skills
No learning outcomes recorded.
Attitudes
No learning outcomes recorded.
Autonomy and responsibility
No learning outcomes recorded.
Oktatási módszertan
Előadás és tantermi gyakorlat.
Tanulástámogató anyagok
Not provided.
Recommended preliminary knowledge for completing the subject
Knowledge type competencies
(azon előzetes ismeretek összessége, amelyek megléte nem kötelező, de a tantárgy eredményes teljesítését nagyban elősegíti)
Elsősorban a szoftvertechnológia, az operációs rendszerek és a számítógép-hálózatok témaköreinek ismeretére épít, de tájékozottságot feltételez a mesterséges intelligencia és az adatbázisok témaköreiben is. A tárgy hivatkozik a számítógép-architektúrák, számítógép-hálózatok, digitális technika és szabályozástechnika egyes alapvető ismereteire.
Skill type competencies
(azon előzetes képességek és készségek összessége, amelyek megléte nem kötelező, de a tantárgy eredményes teljesítését nagyban elősegíti)
nincs
Recommended (non-compulsory) preliminary competencies
(azon ajánlott (nem kötelező) előzetesen megszerzendő kompetenciák összessége, amelyek jelentősen hozzájárulnak a tantárgy eredményes teljesítéséhez)
Elsősorban a szoftvertechnológia, az operációs rendszerek és a számítógép-hálózatok témaköreinek ismeretére épít, de tájékozottságot feltételez a mesterséges intelligencia és az adatbázisok témaköreiben is. A tárgy hivatkozik a számítógép-architektúrák, számítógép-hálózatok, digitális technika és szabályozástechnika egyes alapvető ismereteire.
General rules
Követelmények:
a. Szorgalmi időszakban: egy zárthelyi. Az aláírás megszerzésének feltétele: legalább elégséges szintű zárthelyi.
b. A vizsgaidőszakban: írásbeli vizsga.
c. Elővizsga: nincs.
Pótlási lehetőségek:
Zárthelyi szorgalmi időszakban egy alkalommal, pótlási időszakban szintén egy alkalommal pótolható.
Assessment methods
In-term assessments
No detailed assessments provided.
Weight of in-term assessments
No weights provided.
Exam-period assessments
No detailed assessments provided.
Weight of exam elements
No weights provided.
Grade calculation
No grade thresholds provided.
Attendance requirements
No attendance requirements provided.
Rules for retake and resubmission
Not provided.
Short description
Not provided.
Detailed description
Not provided.
Recommended courses
Ajánlott:
Beágyazott információs rendszerek
Workload to complete the subject
No workload breakdown provided.
Validity of subject requirements
Requirements valid from:
—
Requirements valid until:
—
Curriculum placement
No curriculum placements recorded for this subject version.