ForschungspolitikBMBF: Förderung von Forschungsvorhaben im Bereich Methoden und Werkzeuge für Aggregation und Disaggregation von Prozessen im Internet der Dinge

Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) sind Treiber für Innovationen und damit Grundlage für neue Produkte, Verfahren und Dienstleistungen. Die „Digitale Wirtschaft und Gesellschaft“ voranzubringen ist eine der sechs prioritären Zukunftsaufgaben der „Neuen Hightech-Strategie – Innovationen für Deutschland“ der Bundesregierung. Mit dem Förderprogramm „IKT 2020 – Forschung für Innovationen“ setzt die Bundesregierung einen Schwerpunkt ihrer Innovationspolitik auf Informations- und Kommunikationstechnologien.

Die weitreichende und weiter voranschreitende Durchdringung aller Lebensbereiche mit IT-Systemen ist ein maß­geblicher Innovationstreiber für die Entwicklung neuer Produkte und Dienstleistungen. Sie werden geschaffen beispielsweise für das Internet der Dinge (IoT), Industrie 4.0, Autonomes Fahren und Smart City. Gleichzeitig steigt jedoch auch die Abhängigkeit der digitalen Gesellschaft von der Verfügbarkeit und der Zuverlässigkeit solcher Systeme sowie von den für deren Betrieb erforderlichen Infrastrukturen. Systeme und Infrastrukturen setzen sich aus komplexen, heterogenen, vernetzten und zunehmend auch eingebetteten Systemen zusammen. Sie müssen ihre Aufgaben unter dynamischen Umgebungsbedingungen und Anwendungskontexten erfüllen. Die Folgen der damit einhergehenden Komplexitätssteigerung in der Software für Zuverlässigkeit und Beherrschbarkeit von Prozessen sind bisher noch nicht vollständig abzusehen. Hier liegen die Herausforderungen vor allem beim Management und der Veränderung dieser Systeme während der Laufzeit zusammen mit effektiven Methoden zur Software-Entwicklung.

Bereits seit Jahren stellt die wachsende Komplexität von Software eine permanente Herausforderung bei der Entwicklung technischer Systeme dar. Die Softwareentwicklung kann mit der Steigerung der Komplexität und der hohen Geschwindigkeit in der Hardwareentwicklung kaum noch mithalten. Effizienzgewinne durch neue Hardwarearchitek­turen werden nur teilweise realisiert, weil das Management der Prozesskomponenten mit einem zu hohen Koordinierungsaufwand bei der Software einhergeht.

Ein Lösungsansatz besteht in der Unterteilung und der Dezentralisierung, verbunden mit einer selbstständigen Vernetzung der Teilkomponenten. Das setzt entsprechende, lokale Fähigkeiten voraus. Die oben genannten IT-Systeme – allen voran IoT – sind Beispiele dafür. Zur konsequenten Durchsetzung dieses Ansatzes sind neue Design- und Architekturansätze in der Software- und Systementwicklung notwendig. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) hat diese Entwicklung erkannt und möchte mit mehreren Bekanntmachungen die Entwicklung von neuen Methoden und Werkzeuge für offene, emergente und dynamisch veränderliche IT-Systeme unterstützen.

Solche IT-Systeme weisen die typischen Merkmale von Nebenläufigkeit auf, also eine weitgehend unabhängige, parallele und verteilte Bearbeitung von Teilaufgaben. Die Vielfalt und die Komplexität der möglichen Anwendungsszenarien und Einsatzbedingungen sind zum Zeitpunkt der Systementwicklung nicht mehr vollständig vorhersagbar. Dies stellt zunehmend eine Herausforderung für die Systemanalyse sowie die Verifikation und Validierung dar, da gängige Methoden nur eingeschränkt anwendbar sind. Aggregierte Systemkomponenten, insbesondere komplexe und nicht vorausgeplant selbst organisierte, sind in besonderem Maße und aus zahlreichen Gründen – wie etwa bei Ausfall der Kommunikation oder bei Übermittlung unerwarteter Daten – mit Ausfallrisiken behaftet, die aus einer ungeplanten Disaggregation folgen. Mechanismen der vorgeplanten Fehlertoleranz sind in solchen Umgebungen allenfalls begrenzt nutzbar. Daher müssen die Komponenten und Teilsysteme entsprechend robust ausgelegt werden, sodass auch unter widrigen Bedingungen – z. B. eingeschränkter Ressourcenverfügbarkeit (CPS, IoT) oder Fehlbedienung – ein Betrieb aufrechterhalten werden kann („Fail Operational“).

Resilienz – also Fehlertoleranz und Stabilität – sowie der adäquate Umgang mit Störungen und Unsicherheiten sind daher bereits im Systemdesign der Einzelkomponenten als Konstruktionsprinzipien („Resilience & Reliability by Design“) zu berücksichtigen. Sie müssen Eingang in die Methoden und Werkzeugketten der Softwareentwicklung bzw. des Systems Engineerings finden. Dies schafft die Grundlage für die Entwicklung und den Einsatz komplexer aber auch zuverlässiger IT-Systeme im Alltag.

Die Details zu dieser Fördermaßnahme entnehmen Sie bitte der Seite des BMBF.

Für Rückfragen stehen wir gern zur Verfügung.