Mange indlejrede systemer styrer fysiske enheder, med ansvaret for koordinationen mellem beregninger og de fysiske resurser. I dette domæne er de omtalt som cyber-fysiske systemer (CPS). Når disse systemer bliver forbundet med hinanden over internettet, bliver de omtalt som Internet-of-Things (IoT), der udgør ”infrastrukturen af informations samfundet”. Netværks forbundne CPS er således infrastrukturen der udgør vores Smart-samfund (Smart Energinetværk, Smart produktion, Smart transport etc.), som muliggør løsningen af flere samfundsmæssige udfordringer.

Kurset giver deltageren mulighed for: at forstå samt anvende koncepter og terminologi inden for CPS-optimering; implementere og evaluere de forskellige CPS-optimeringsmetoder; analysere og optimere komplekse stor-skala cyber-fysiske systemer.

De studerende kan vælge deres eget projekt fra en liste af virkelighedstro optimeringsproblemer inden for det cyber-fysiske domæne, introduceret gennem videnskabelige artikler. De primære koncepter relateret til modellering, analyse og optimering vil blive introduceret gennem øvelser. Den studerende vil til slut, implementere en valgfri optimeringsmetode (introduceret gennem kursets litteratur og forelæsninger), og anvende dette på de givne test scenarier. En studerende, der fuldt ud har opfyldt kursets mål, vil kunne:

• Identificere, motivere og definere et systems optimeringsproblem
• Modellere systemet, og dets relevante adfærd samt arkitektur
• Forstå de vigtige ekstra-funktionelle metrikker for systemer, så som ydeevne og pris
• Være bekendt med state-of-the-art optimeringsteknikker
• Implementere løsninger for stor-skala optimeringsproblemer
• Identificere hvilke optimeringsteknikker som er passende for specifikke optimeringsproblemer
• Modellere et problem således at det bliver løst med en passende optimeringsteknik
• Implementere optimeringsteknikker, samt evaluere disse imod et sæt af test-scenarier
• Forklare og uddybe optimeringsteknikkerne på skrift, ved brug af pseudokode
• Uddybe problemerne, løsningerne samt resultatet i et skriftligt format

Motivation: Kompleksiteten af netværksforbundne sikkerhedskritiske cyber-fysiske systemer vokser med meget høj hastighed, og deres begrænsninger mht. metrikker så som ydelse, pålidelighed, pris og time-to-market bliver hårdere. Opgaven i at designe og konfigurere disse systemer er derfor i stigende grad en nødvendighed, men er i samme grad også blevet tilsvarende sværere. At kunne designe (dvs. belutningenstagen af systemarkitekturen) og konfigurere (dvs. beslutningenstagen om hvordan og hvilke softwarefunktioner tildeles komponenter i arkitekturen) er beregningshårde problemer for planlægningsværktøjer. Disse værktøjer benytter sig af optimeringsteknikker, for at finde løsninger, der optimerer modsat rettede designmetrikker. Dette kursus dækker optimeringsproblemer for komplekse cyber-fysiske systemer, med fokus på netværksforbundne cyber-fysiske systemer der findes i bil-, fly- og rumindustrien.

Indhold:

Definition af optimeringsproblemer samt motivation for optimering af komplekse systemer.

Introduktion af problemer i industrien gennem udvalgte videnskabelige artikler og uddrag af bøger.

Præsentation af udvalgte optimeringsteknikker: Integer Programming; Constraint Programming; Meta-heuristics, such as Genetic Algorithms, Tabu Search, Simulated Annealing, GRASP (Greedy Randomized Adaptive Search Procedures); etc.

Praktiske øvelser med focus på at løse simple optimeringsproblemer vha. en af de præsenterede teknikker

Gennemgang af udvælgelse kriterier for optimeringsteknik og problemerområde

Projekt: Implementation og evaluering af udvalgte optimeringsteknikker for givne test scenarier Udvalgte videnskabelige artikler som præsentere system optimerings problemer
Udvalgte uddrag fra bøger om modellering og design af netværksforbundne CPS.
Udvalgte kapitler fra: Burke, Edmund K., and Graham Kendall. Search methodologies. Springer Science+ Business Media, Incorporated, 2005, ISBN 978-1-4614-6940-7 27. april, 2022