Rendszermodellezés

A tantárgy angol neve: System Modeling

Adatlap utolsó módosítása: 2016. szeptember 28.

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Villamosmérnöki és Informatikai Kar
Mérnök informatikus Szak
BSc képzés
Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
VIMIA405   3/1/0/f 5  
3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Pataricza András,
A tantárgy tanszéki weboldala https://inf.mit.bme.hu/edu/courses/remo405
4. A tantárgy előadója

Név:

Beosztás:

Tanszék, Int.:

dr. Pataricza András
egyetemi tanár
MIT
 Bergmann Gábor
adjunktus
MIT
Gönczy László
tanársegéd

MIT

 Szárnyas Gábor
doktorandusz
MIT
5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít Operációs rendszerek, Hálózatok, Számítógéparchitektúrák
6. Előtanulmányi rend
Kötelező:
( NEM (TárgyTeljesítve("BMEVIMIA401") VAGY Alairas("BMEVIMIA401", _) )
ÉS

(TárgyEredmény( ahol a TárgyKód = "BMEVISZA208", ahol a Típus = "JEGY", ahol a Ciklus = tetszőleges, ahol a KépzésKód = tetszőleges) >= 2
VAGY
TárgyEredmény( ahol a TárgyKód = "BMEVIMA2203", ahol a Típus = "JEGY", ahol a Ciklus = tetszőleges, ahol a KépzésKód = tetszőleges) >= 2
VAGY
TárgyEredmény( ahol a TárgyKód = "BMEVISZAB00", ahol a Típus = "JEGY", ahol a Ciklus = tetszőleges, ahol a KépzésKód = tetszőleges) >= 2)
ÉS
( Aláírás( ahol a TárgyKód = "BMEVIIIA217", ahol a Ciklus = tetszőleges)
VAGY
Aláírás( ahol a TárgyKód = "BMEVIFO2228", ahol a Ciklus = tetszőleges)
VAGY
Aláírás( ahol a TárgyKód = "BMEVIIIAB01", ahol a Ciklus = tetszőleges)) )

VAGY
EgyenCsoportTagja("Brazil 2015-16-1_erk")

ÉS Training.Code=("5N-A8")

A fenti forma a Neptun sajátja, ezen technikai okokból nem változtattunk.

A kötelező előtanulmányi rendek grafikus formában itt láthatók.

Ajánlott:
Kötelező:
(TárgyEredmény( ahol a TárgyKód = "BMEVISZA208", ahol a Típus = "JEGY", ahol a Ciklus = tetszőleges, ahol a KépzésKód = tetszőleges) >= 2
  VAGY
 TárgyEredmény( ahol a TárgyKód = "BMEVIMA2203", ahol a Típus = "JEGY", ahol a Ciklus = tetszőleges, ahol a KépzésKód = tetszőleges) >= 2)
 ÉS
( Aláírás( ahol a TárgyKód = "BMEVIIIA217", ahol a Ciklus = tetszőleges)
 VAGY
 Aláírás( ahol a TárgyKód = "BMEVIFO2228", ahol a Ciklus = tetszőleges))
A fenti forma a Neptun sajátja, ezen technikai okokból nem változtattunk.
A kötelező előtanulmányi rendek grafikus formában itt láthatók.

Ajánlott:
Operációs rendszerek, Hálózatok, Számítógéparchitektúrák

7. A tantárgy célkitűzése

A tantárgy az informatikai rendszerek tervezési folyamatának legmagasabb szintjét, az együttes hardver-szoftver architektúra tervezést és –méretezést tárgyalja modellalapú megközelítésben.

Megismerik a helyességbizonyítás, teljesítményanalízis és szolgáltatásbiztonság alapfogalmait és megjelenésüket a modellezésben. A korábbi hardver és szoftvertechnológiai ismeretekre alapozva és azokat kiegészítve a modellezéshez kapcsolódó gyakorlati méretezési és méréstechnikai feladatokban jártasságot szereznek.

A tárgy azokra az általános modellekre fókuszál, amelyek több alkalmazási területen (általános adatfeldolgozó, interaktív üzleti, Web alapú, beágyazott rendszerek) is hasznosak, de a könnyebb érthetőség kedvéért példaanyagát súlypontilag az interaktív Web alapú alkalmazások területéről veszi.

A tantárgy követelményeit eredményesen teljesítő hallgatók:

  1. megismerik a modellalapú architektúra tervezés alapjait,
  2. képesek az informatikai rendszerekkel szembeni követelmények és specifikációjuk szabatos megfogalmazására, működési környezetük és architektúrájuk modellezésére, ismerik a vonatkozó főbb szabványokat,
  3. jártasságot szereznek a diszkrét rendszerek szimuláció alapú helyességbizonyításában és méretezési eljárásaiban,
  4. képesek a már működő rendszerek szűk keresztmetszeteinek feltárására, az azok megszüntetésére szolgáló megoldási alternatívák összehasonlító elemzésére.
  5. megismerik a számítógéprendszerek gyakorlati méréstechnikájának azon elemeit, melyekkel a modellek paraméterezésének alapjául szolgálhatnak.
8. A tantárgy részletes tematikája

1. Modellezési alapok
Célkitűzés: az alapvető fogalomkészlet és technológiai kontextus megadása
Alapfogalmak: Bonyolultságkezelés (Hierarchikus modellezés, absztrakció). Szöveges és formális specifikáció. Ontológia, taxonómia fogalma, szerepe a rendszertervezésben. Megjelenítés eszközei (szöveges, grafikus). Példa: e-Business alapok és modellek (IBM WS Business Modeller).
Modellezési nyelvek leírása, metamodellek és modellek kapcsolata. Általános célú nyelvek. (példa: UML aktivitási diagram). Szakterület specifikus nyelvek. Üzleti folyamat leíró nyelvek (Példa: BPMN, BPEL). Implementációs lehetőségek, kód/konfigurációgenerálás szerepe. Kitekintés: Beágyazott rendszerek (Példa: SysML fogalomkészlet áttekintése).


2. Minőségi analízis

Célkitűzés: a rendszer modellalapú logikai helyességének és specifikációja teljességének vizsgálata, a szolgáltatásbiztonság alapfogalmainak bevezetése, a modellező eszköz bemutatása.
Helyességellenőrzés. Alapok. Kritériumok megfogalmazása Környezet modellezése. Felhasználói viselkedés gráf (CBMG) és származtatása az UML alapú korai tervekből.
Célkitűzések. logikai helyesség. Alapvető vizsgálatok. Kivételkezelés (teljesség kritériumai, modellezési eszközök). Szolgáltatásbiztonság. Aspektusok. Autorizációs sémák (Példa: Bell-laPadula).
Eszközök. Szimulációs vizsgálatok. Kritériumnyelvek (IEEE-Std PSL Property Specification Language). Instrumentáció (orákulumok. Példák: IBM FoCS,). A célkitűzések megfogalmazása általános célú eszközben (Példa: IBM WS Business Modeller). Modellfedési kritériumok (példa: Model Test Coverage). Kimerítő szimuláció. Modell ellenőrzés (model checking). Példa: SAL, UPPAAL.
Interaktív feltáró vizuális adatelemzés használata rendszermodellezésben. Csoportosítás, lefutási esetek vizsgálata, változószelekció, stb. R és Mondrian szoftverek.

3. Mennyiségi analízis: teljesítménybecslés
Célkitűzés: azon informatikai módszerek bemutatása, amelyekkel az informatikai rendszer egyes komponenseinek teljesítményjellemzői megszerezhetőek és a rendszer modelljébe beépülve szimuláció segítségével annak teljesítményét illetve szűk keresztmetszeteit meghatározhatóvá teszik.
Alapok. Fogalomkészlet (erőforrás, tevékenység, esemény).  Jellemzők. Időhelyesség: WCET (time-out). Átbocsátóképesség: veszteségidő, várakozó sor hossza. Erőforrás kihasználtság. Mért és származtatott jellemzők: Példa:teljesítménymérés és üzleti metrikák. Nyílt- és zárthurkú teljesítménymodellek. Eseményorientált szimulációs motorok.
Kísérlettervezés. Statisztikai alapok: kísérletszám becslése, adaptív kísérlet végrehajtás, szimulációs mérések értékelése, az eredmények hibájának becslése. Sokparaméteres megjelenítés eszközei.
Szimuláció végrehajtás. Maximális átbocsátóképesség meghatározása. Szűk keresztmetszet keresése. Érzékenységvizsgálatok: paraméterezés hibái, környezeti változások hatása. Esettanulmány.
Kapacitástervezési metodika. Konfigurációparaméterek becslése: alkalmazások monitorozása web alapú környezetben, on-line és log analízis. Benchmarkok definíciója, elemi és összetett (makro) benchmarkok a rendszertervezésben (SPECxxx, grafikaTPC). Virtualizált megoldások jellemzése. Terhelésmodellek: hozzáférési naplók használata; Zipf törvény, teszt mérések, felhasználói viselkedési modellek és származtatott metrikák. What-if analízis: konstrukció javítása (Példák: upgrade, skálázás, többrétegű architektúra), terhelésugrás (Példa: dDoS támadás).
Adatelemzés használata metrikakiértékelésben.

4. Mennyiségi analízis: szolgáltatásbiztonság
Célkitűzés: annak bemutatása, hogy a teljesítménymodellezés eszköztára adaptálható szolgáltatásbiztonsági célokra is.
Megbízhatóság becslése szimulációval. A ritka esemény probléma, outlier detektálás támogatása. Feltételes jellemzők származtatása szimulációval, az eredmény integrálása globális jellemzőkbe.
Modellparaméterezés: felhasználói hibametrikák, alkalmazások hibarátájának becslése: Rayleigh-eloszláson alapuló közelítések, hibanapló analízis. Erőforráshibák leírása.
Számítandó jellemzők és meghatározásuk módja: rendelkezésre állás, teljesítőképesség, megbízhatóság. Robosztusság. Kvalitatív hibamodellezés. FMEA
Alkalmazási esettanulmány: üzleti folyamatok modell alapú ellenőrzése, szolgáltatásbiztonsági vizsgálatok mérnöki modelleken.

5. Összefoglaló esettanulmány
Célkitűzés: a teljes elemzési folyamat bemutatása szintézis jelleggel.
Elektronikus üzleti infrastruktúra vizsgálata és méretezése. Költségbecslés. Megoldási alternatívák összehasonlítása. Ipari kutatáshoz kapcsolódó esettanulmányok: termelésoptimalizálás, üzleti adatok elemzése, IT infrastruktúra méretezése modell alapon.

A gyakorlati órák tartalma:
A hallgatók az alábbi témákból végeznek el (számítógépes vagy tantermi) gyakorlatot:
•    Modellezés, modellfinomítás, követelmények leírása
•    Üzleti folyamatok modellezése a házi feladathoz használt szoftver bemutatása.
•    Modellezés adatfolyamhálókkal
•    Feltáró vizuális adatelemzés használata a teljesítményelemzésben
•    Teljesítményelemzés analitikus módszerekkel
•    Szimuláció és méretezési kérdések vizsgálata a házi feladatban használt szoftverrel
•    Kísérlettervezés
•    Esettanulmány: virtualizált infrastruktúra teljesítményjellemzőinek kiértékelése
•    Szolgáltatásbiztonságra tervezés, hibamodellezés (hibafa, hibaterjedés, stb.)
•    ZH példák megoldása

Emellett a gyakorlati órákon biztosítunk lehetőséget házi feladat konzultációra.

9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium) 10*4 óra előadás és 10*2 óra kiscsoportos gyakorlati foglalkozás az őszi félévben a félév első 10 hetében egyenletesen elosztva.
A hallgatóknak lehetőségük van az alap gyakorlat helyett emelt szintű gyakorlat elvégzésére.

10. Követelmények •   A szorgalmi időszakban: egy zárthelyi és egy házi feladat leadása.
•   A vizsgaidőszakban: -
•   Az aláírás feltétele a zárthelyi (beleértve a pótló zárthelyiket is: lásd a következő pontban) legalább elégséges szintre történő megírása, és a házi feladat legalább elégséges elkészítése.
•   Opcionálisan a tárgy előadói által felkínált további házi feladat elkészítése is vállalható.
•   A félévközi jegy a zárthelyi dolgozat, a házi feladat és az esetlegesen elvégzett opcionális feladatok súlyozásából áll elő.

11. Pótlási lehetőségek A zárthelyi pótlására a szorgalmi időszakban és a pótlási héten egy-egy lehetőséget biztosítunk. A házi feladat pótlására a pótlási héten van lehetőség. A pótlások különeljárási díj ellenében lehetségesek.
12. Konzultációs lehetőségek A féléves házi feladattal kapcsolatban a félév során konzultációs lehetőséget biztosítunk. Ezen felül a gyakorlatok során nyílik lehetőség a tárgyal kapcsolatos kérdések megválaszolására.
13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom
  • A tárgy honlapján elérhető segédanyagok (http://www.inf.mit.bme.hu/edu/courses/remo/)
  • D. A. Menasce: Capacity Planning for Web Services: metrics, models, and methods, Prentice Hall, 2002.
  • A. Pataricza, A. Balogh, L. Gönczy: Verification and validation non-functional aspects in enterprise modeling, in Peter Rittgen (Szerk.:): Enterprise Modeling and Computing with UML. Idea Group, 2006.
  • B. Braswell, M. Siegel, L. G. Wu: High Available Architectures and Capacity Planning…, IBM Redbook SG24-7184-01, ISBN- 0738489751, 2006.
  • Vonatkozó szabványok
  • M. Theus, S. Urbanek, Interactive Graphics for Data Analysis Principles and Examples, (Chapman & Hall/CRC Computer Science & Data Analysis), ISBN-13: 978-1584885948, 2008.

14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
Kontakt óra60
Félévközi készülés órákra20
Felkészülés zárthelyire30
Házi feladat elkészítése40
Kijelölt írásos tananyag elsajátítása-
Vizsgafelkészülés-
Összesen150
15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

Név:

Beosztás:

Tanszék, Int.:

dr. Pataricza András
egyetemi tanár
MIT
Gönczy László
tanársegédMIT
Bergmann Gábor
adjunktusMIT
Hegedüs Ábel
tud. segédmunkatárs
MIT
Egyéb megjegyzések

FIGYELEM: ez az oldal a VIMIA405 (régebben VIMIA401) kódú, 7. féléves Rendszermodellezés tárgy információit tartalmazza a 2013-ig felvett hallgatóknak.

A 2. féléves, 2014. után felvettek számára kötelező Rendszermodellezés (VIMIAA00) tárgy honlapja itt található.

2015. őszi információ: a tárgyból újabb gyakorlati kurzusokat indítani nem áll módunkban. Erről (és a továbbiakban a tárggyal kapcsolatos aktuális szervezési jellegű információkról) az oldal Hírek rovatában írunk.