B031236 - ARCHITECTURE, MODEL AND ANALYSIS OF CYBER PHYSICAL SYSTEMS

Inglese

Il corso si divide in due parti (parte "Architetturale" e parte "Modellizzazione e Analisi") che trattano rispettivamente:

Parte "Architetturale": problematiche architetturali relative ai sistemi di sistemi cyber-fisici, e metodologie per la progettazione e costruzione di tali sistemi;

Parte "Modellizzazione e Analisi": metodologie e formalismi di modellizzazione per la valutazione quantitativa delle proprietà di affidabilità, disponibilità, sicurezza e performance di sistemi.

Per la parte "Architetturale" del corso:

Cyber-Physical Systems of Systems
Foundations – A Conceptual Model and Some Derivations: The AMADEOS Legacy
Editors: Andrea Bondavalli, Sara Bouchenak, Hermann Kopetz
ISBN: 978-3-319-47589-9 (Print) 978-3-319-47590-5 (Online)

Il libro è open access e accessibile liberamente su:
https://link.springer.com/book/10.1007%2F978-3-319-47590-5

Per la parte "Modellizzazione e Analisi" del corso:

"L'Analisi Quantitativa dei Sistemi Critici" (testo in Italiano), a cura di Andrea Bondavalli, Società Editrice Esculapio, ISBN 978-88-7488-431-5, Prima edizione, 286 pagine, Marzo, 2011.

Ulteriore materiale didattico (in Inglese):
- Lucidi presenti sul sito del corso.
- Articoli pubblicati in riviste e in proceeding di conferenze.

Il corso mira a fornire solide conoscenze e competenze per la concezione, definizione, progettazione, valutazione e analisi di sistemi complessi che caratterizzano vari settori emergenti quali l'Internet of Things, le Smart Factories e le Infrastrutture Critiche. In particolare il corso si concentra sugli aspetti di distribuzione e coordinamento dei vari sistemi che formano un sistema di sistemi e sulle tecniche di modellizzazione stocastica per la valutazione quantitativa di proprietà dei sistemi, quali ad esempio l'affidabilità, la disponibilità, la sicurezza e la performance.

Nessuno

CFU: 9
Numero di ore totali del corso: 360

Numero di ore per studio personale e altre attività formative di tipo individuale: 264

Numero di ore relative alle attività in aula: 96 (alcune potranno essere in lab, a seconda delle necessità)

Numero di ore relative ad attività di laboratorio (lezioni in laboratorio): 0

Numero di ore relative ad attività di esercitazioni (in laboratorio e in campo): 0

Numero di ore relative ad attività seminariali: 0

Numero di ore relative ad attività di stage: 0

Numero di ore per prove in itinere: 0

Frequenza delle lezioni ed esercitazioni: Raccomandata

Strumenti a supporto della didattica UniFi E-Learning: http://e-l.unifi.it

Orario di ricevimento:
Dott. Paolo Lollini,
Su appuntamento. Contattare il docente (paolo.lollini@unifi.it).
DiMai, Università di Firenze, Viale Morgagni, 65 - 50134 Firenze

Prof. Andrea Ceccarelli,
MARTEDI ore 16.30-17.30

Si consiglia di contattare il docente preventivamente.
DiMai, Università di Firenze, Viale Morgagni, 65 - 50134 Firenze

La verifica dell'apprendimento è composta di due parti, rispettivamente per la parte "Architetturale" e per la parte di "Modellizzazione e Analisi".

Per la parte "Architetturale", le modalità di verifica dell'apprendimento sono:

- elaborazione di un progetto di coordinamento di sistemi ciber-fisici. Il testo del progetto verrà assegnato nel corso delle lezioni, e potrà essere svolto in gruppo fino a 2 persone. Il progetto riguarda le attività di costruzione di use case, definizione dei requisiti, progettazione dell'architettura e implementazione software.

- una prova orale sugli argomenti della parte "Architetturale" del corso. Condizione per l'ammissione alla prova orale è l'accettazione della relazione sul progetto.

Per la parte "Modellizzazione e Analisi", le modalità di verifica dell'apprendimento sono:

- applicazione di un approccio di modellizzazione stocastica ad un caso di studio, utilizzando uno strumento di supporto (come Mobius). Il caso di studio verrà assegnato nel corso delle lezioni, e potrà essere svolto in gruppo fino a 3 persone.

- preparazione di un report sulle attività svolte, con la descrizione dei risultati ottenuti.

- una prova orale sugli argomenti della parte "Modellizzazione e Analisi" del corso. Condizione per l'ammissione alla prova orale è l'accettazione della relazione sul progetto.

Il corso è organizzato in due parti: parte "Architetturale" e parte di "Modellizzazione e Analisi".

La parte "Architetturale", che tratta l'architettura di sistemi cyber-fisici (di sistemi), è composta dai seguenti argomenti:

1- Introduzione ai sistemi cyber-fisici
- architettura
- interfaccia e stigmergia
- emergenza
- dinamicità ed evoluzione
- esempi

2- Architettura di sistemi distribuiti: algoritmi e protocolli per il consenso e l'ordinamento.

3- Approcci Model-Driven Engineering per la progettazione di SoS.
- Il ruolo della modellazione e dell'ingegneria model-driven
- UML, SysML
- strumenti e alternative

4- Costruire sistemi ciber-fisici (laboratorio): definizione dei requisiti, modellazione e implementazione (con un po' di robotica)
- Presentazione e introduzione al laboratorio
- definizione dello use case
- Definizione dei requisiti
- Modellizzazione del sistema
- Implementazione su Thymios robots

La parte "Modellizzazione e Analisi", relativa alle metodologie e formalismi per la valutazione quantitativa e analisi delle proprietà dei sistemi, è composta dai seguenti argomenti:

1- Introduzione e breve richiamo alla Teoria della Probabilità
- Concetti di base di dependability. Nozioni di base sull'analisi delle prestazioni e dell'affidabilità dei sistemi e sulla validazione dei sistemi.
- Definizioni di prestazioni e indicatori di affidabilità.
- Regole per la costruzione e la validazione dei modelli.
- Fondamenti di teoria della probabilità.

2- Analisi RAMS: metodi combinatori
- Metodi Booleani.
- Fault Trees e altri formalismi grafici.

3- Catene di Markov.
- Processi di Markov a tempo discreto.
- Processi di Markov a tempo continuo.

4- Reti di Petri (Petri Nets - PN)
- Introduzione alle PN.
- PN con priorità e temporizzate.
- Reti di Petri stocastiche.
- Altri formalismi di modellizzazione: GSPN, SAN, ADVISE.
- Strumenti di supporto automatici: Möbius.