Kiberfizikai rendszerek

A tantárgy angol neve: Cyber-Physical Systems

Adatlap utolsó módosítása: 2019. május 9.

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Villamosmérnöki és Informatikai Kar
MSc képzés
Kritikus rendszerek főspecializáció
Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
VIMIMA02 2 2/1/0/v 4  
3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Vörös András, Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék
4. A tantárgy előadója Dr. Pataricza András egyetemi tanár, MIT
Dr. Péceli Gábor egyetemi tanár, MIT
Dr. Vörös András adjunktus, MIT
Kocsis Imre tanársegéd, MIT
5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít Modellalapú tervezés, számítógép hálózatok és operációs rendszerek alapjai
6. Előtanulmányi rend
Kötelező:
NEM ( TárgyEredmény( "BMEVIMIM137" , "jegy" , _ ) >= 2
VAGY
TárgyEredmény( "BMEVIMIM235" , "jegy" , _ ) >= 2
VAGY
TárgyEredmény("BMEVIMIM137", "FELVETEL", AktualisFelev()) > 0
VAGY
TárgyEredmény("BMEVIMIM235", "FELVETEL", AktualisFelev()) > 0)

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

A kötelező előtanulmányi rendek grafikus formában itt láthatók.

Ajánlott:
Rendszertervezés
7. A tantárgy célkitűzése Az internethez integrált beágyazott rendszereknek új elvárásoknak kell megfelelniük: ki kell használniuk a felhő szolgáltatások által biztosított számítási lehetőségeket, képesnek kell lenniük az interneten keresztül elérhető tudás és szolgáltatások felhasználói igények által vezérelt befogadására, így a más eszközökhöz történő kapcsolódáshoz sokkal adaptívabbnak/átkonfigurálhatóbbnak kell lenniük. Az internetes infrastruktúra megbízhatatlansága miatt pedig autonóm módon kell garantálniuk a folyamatos működést a hálózati kapcsolat kiesésének ideje alatt. Az ezen elvárásokra felkészített rendszereket hívjuk kiberfizikai rendszereknek (Cyber-Physical Systems - CPS), amiknek a kulcstechnológiáit tekintjük át a tárgy keretein belül: kapcsolódó szabványok, algoritmusok, fejlesztő eszközök/módszerek. Kiemelt hangsúlyt kapnak az algoritmikus, modellezési és szolgáltatásbiztonsági aspektusok a tárgyban.
8. A tantárgy részletes tematikája

Előadások:

1. Bevezetés: kiberfizikai rendszerek definíciója, fontos problémafelvetései.

Architektúra
2. Virtualizáció: áttekintése, platform szintű virtualizáció, kiszolgáló oldal
3. Szenzorhálózatok: elosztott alapszolgáltatások, szenzorvirtualizáció, szenzorfúzió, M2M
4. Cloud platformok és technológiák I.: IaaS, PaaS, Carrier-grade cloudok, microcloud és cella technológiák
5. Cloud platformok és technológiák II.: kockázati tényezők, cloud méréstechnika , rendszerfelügyelet és menedzsment
6. Autonóm számítástechnika I.: szolgáltatásbiztonság és -minőség alapfogalmai, self-* követelmények, alapfogalmak, szintek, MAPE-K
7. Autonóm számítástechnika II.: eljárásrend alapú rendszermenedzsment, rendszerfelderítés- és modellezés (CMDB), monitorozás

Tervezésmetodika
8. Modellezés I.: dinamikus rendszerek, valós idejű követelmények, szabványok
9. Modellezés II.: CPS és cloud szimuláció, empirikus módszerek, alkalmazás sandbox környezetek
10. Algoritmika: anytime algoritmusok, párhuzamosítás, extrafunkcionális megoldások
11. Futási idejű tervezés sajátosságai: tervezési minták, HW-SW particionálás, optimalizálás és diverzitás, degradált működés tervezése
12. Konfigurációtervezés: szintézis, szolgáltatásintegráció, menedzsment feladatok
13. Strukturális hibatűrés mintái és mechanizmusai: redundancia sémák, idővezérelt rendszerek, erőforrás-particionálás virtualizált rendszerekben
14. Futásidejű hibatűrés és hibakezelés mintái és mechanizmusai: monitorozás, hibadetektálás és -lokalizálás, hibás állapotból helyreállítás, tranziens teljesítményhibák kezelése, kivételkezelés

 

Gyakorlatok:

1. Rendszer specifikáció írása CPS rendszerhez
2. Egyszerű szenzorfúziós feladat modellezése és megoldása
3. Cloud szolgáltatások integrációja CPS-ekhez: technológiák és tervezési minták
4. Self-* tulajdonságok megvalósítása kiberfizikai rendszerekben
5. CPS rendszerek nemfunkcionális jellemzőinek modellezése és elemzése
6. Feladatallokáció és újrakonfiguráció
7. Algoritmus alapú futásidejű hibatűrési mechanizmusok CPS rendszerekben

9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium) Előadás és gyakorlat.
10. Követelmények A szorgalmi időszakban: A félév végi aláírás feltétele 1 db három fázisban megoldandó (követelményelemzés, rendszerterv, megvalósítás) rendszermodellezési önálló feladat megoldása.

A vizsgaidőszakban: A hallgatók a tárgyból szóbeli vizsgát tesznek. A vizsga feltétele az aláírás megszerzése, a megszerzett aláírás 3 évig érvényes.

Elővizsga: Van.


11. Pótlási lehetőségek A házi feladat (otthoni feladat) határidőn túl a pótlási héten adható be, a vizsgaidőszakban pótlás már nem lehetséges.
12. Konzultációs lehetőségek Igény szerint a hallgatókkal egyeztetve.
13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom A tárgyhoz kiadott előadásanyagok és technológiai leírások.
Ajánlott irodalom:
Lee, Edward A. and Seshia, Sanjit A.: Introduction to Embedded Systems, A Cyber-Physical Systems Approach, http://LeeSeshia.org, ISBN 978-0-557-70857-4, 2011.
Lee, Edward A. "CPS foundations." Proceedings of the 47th Design Automation Conference. ACM, 2010.
Shi, Jianhua, et al. "A survey of cyber-physical systems." Wireless Communications and Signal Processing (WCSP), 2011 International Conference on. IEEE, 2011.
14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
Kontaktóra42
Készülés előadásra7
Készülés gyakorlatra
7
Házi feladat elkészítése32
Vizsgafelkészülés32
Összesen120