Modeling and simulation of situations in mobile cyber-physical systems

Abstract

People aim to build completely smart environments in the near future. Building a smart environment is possible through integrating the physical and computing systems which is known as Cyber-Physical System. In the era of mobile devices, Mobile Cyber-Physical System is more required and feasible for daily life. Mobile Cyber-Physical Systems can become automatic systems by enabling Situation-Aware execution in management processes. Context/Situation-Awareness in Mobile Cyber-Physical System is practicable if the individual situation of a system can be modeled and simulated at development time. For this, abstract models or architectures that show how situations can be modeled and simulated in Mobile Cyber-Physical Systems are necessary. As Mobile Cyber-Physical Systems depend on multiple disciplines and is a complex combination of sensors, application systems, embedded systems, and users, it is complicated to model situations for these systems. Not only are these systems complex in integration, but they can also be huge in size too. Therefore, while modeling situations, it is essential to consider all objects of the system very carefully. This challenge starts by knowing and monitoring all the sensors to obtain sensor data. Then situations need to be modeled and later detected through simulation based on the sensor data. In this thesis, we propose an abstract system and build a simulation process that helps to model and simulate situations to ease the development and testing of such applications in Mobile Cyber-Physical System. Firstly, we propose a Simulation Framework for Situation-Aware Applications which consists out of two components named Simulation System and Situation Recognition System. Then we have implemented our approach within the scenario of the application of Software Update in vehicular systems.

Es gibt Bestrebungen vernetzte und intelligente Umgebungen in naher Zukunft zu schaffen. Der Aufbau einer intelligenten und vernetzten Umgebung ist durch die Integration von physischen und digitalen Systemen möglich, die als Cyber-Physische System bezeichnet werden. Im Zeitalter der mobilen Geräte steht das Mobile Cyber Physische Systeme hierbei im Fokus, da verstärkt mobile Anwendungen und Systeme im Alltag genutzt werden. Mobile Cyber-Physische Systeme können zu automatisierten Systemen werden, indem sie eine kontext- und situationsbewusste Ausführung von Aktionen ermöglichen. Situationsbewusstsein in Mobile Cyber-Physische System ist praktikabel, wenn die individuellen Situationen für ein System während der Entwicklungsphase modelliert und simuliert werden können. Dazu sind abstrakte Modelle oder Architekturen notwendig, die aufzeigen, wie Situationen in Mobile Cyber-Physische Systeme modelliert und simuliert werden können. Da Mobile Cyber-Physische Systeme eine komplexe Kombination aus Sensoren, Anwendungssystemen, eingebetteten Systemen und Benutzern darstellen, ist es kompliziert, Situationen für diese Systeme zu modellieren. Diese Systeme sind nicht nur in der Integration komplex, sondern auch in ihrem Umfang an produzierten Daten. Daher ist es bei der Modellierung von Situationen unerlässlich, alle Objekte des Systems sehr sorgfältig zu betrachten. Die Herausforderung beginnt mit der Kenntnis und Überwachung aller Sensoren, um Sensordaten zu erhalten. Anschließend müssen Situationen modelliert und später durch Simulationen auf Basis der Sensordaten erkannt werden. In dieser Thesis wird die Nutzung eines abstrakten Systems und eines Simulationsprozesses erläutert, der dabei helfen soll Situationen zu modellieren und zu simulieren und somit die Entwicklung und das Testen von Anwendungen in Mobile Cyber-Physische Systeme erleichtern. Zunächst wird hierzu ein Simulations-Framework für situationsabhängige Anwendungen vorgestellt, das aus zwei Komponenten besteht: Simulationssystem und Situationserkennungssystem. Anschließend wird dieser Ansatz im Rahmen eines Software Update Szenarios für ein Fahrzeugsystem implementiert.