Fraunhofer-Institut für Kognitive Systeme IKSZwei Merkmale sind für Kognitive Systeme charakteristisch: Sie ahmen intellektuelle Fähigkeiten nach und weisen einen hohen Flexibilitätsgrad auf, um »Open Systems of Systems«, service-orientierte Plattformen oder eine Cloud-Anbindung zu ermöglichen. Da sie insbesondere in dynamischen Umgebungen zum Einsatz kommen, werden sie auch dynamisch entwickelt. Außerdem werden Teile des Engineering-Prozesses in die Laufzeit verlagert, damit das System die Betriebssituation analysieren und sich selbst anpassen kann. Solche selbst-adaptiven Systeme nennt man auch Resilient Software Systems. Das Fraunhofer-Institut für Kognitive Systeme IKS erforscht solche resilienten Software-Systeme und unterstützt bei deren Entwicklung.
© iStock.com/Helmagh
Resilient Software Systems
Was ist Resilienz?
In Anlehnung an die Definition von Laprie bedeutet Resilienz, dass ein System trotz unerwarteter Veränderungen verlässlich ist. Das Fraunhofer IKS erweitert diese Definition um eine weitere Ebene: Für uns bedeutet Resilienz, dass wir den Nutzen eines Systems optimieren, während wir gleichzeitig die Sicherheit (Safety) auch in unsicheren Kontexten bewahren. Damit ist Resilienz ein wichtiges Element von »Safe Intelligence«. Denn am Ende muss ein System zwar jederzeit sicher sein, was aber allen voran insbesondere für die Endkunden zählt, ist die Funktionalität.
Was sind Resilient Software Systems?
Damit Funktionalität und Sicherheit (Safety) kein Widerspruch sind, müssen die Software-Systeme selbst resilient sein. Das bedeutet, dass sie insbesondere drei Eigenschaften aufweisen müssen:
- Context Awareness: Resilient Software Systems müssen sich der aktuellen Situation in der aktuellen Umgebung bewusst sein, um sich darauf einstellen zu können.
- Self Awareness: Resiliente Software-Systeme sind sich der eigenen Ziele, Aufgaben und Bedürfnisse bewusst und wissen, wie sie erfüllt werden können.
- Self Adaptation: Resiliente Software kann sich an die Situation anpassen, um die eigenen Ziele und Aufgaben bestmöglich zu erfüllen.
Um alle drei Eigenschaften zu ermöglichen, forscht das Fraunhofer IKS an zwei Aspekten von Resilient Software:
- Engineering-Ansätze für ein adaptives Resilienz-Management für kognitive Software-Systeme
- Rahmenwerke (Frameworks) für selbst-adaptive Software-Systeme
Adaptives Resilienz-Management für kognitive Software-Systeme
Ein Augenmerk unserer Forschung liegt auf Methoden, welche die Betriebsumgebung beschreiben – so genannte Operational Design Domains (ODDs). Darüber hinaus wenden wir modell-getriebene Ansätze für eine resiliente Softwareentwicklung an. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf Resilienz-Modellen für den Laufzeitbetrieb. Dadurch können Kognitive Systeme ihren Zustand beurteilen und ihre Resilienz zur Laufzeit selbst managen.
Frameworks für selbst-adaptive Software-Systeme
Neben Ansätzen für die Entwicklung von Resilient Software Systems erarbeitet das Fraunhofer IKS auch Rahmenwerke (Frameworks) für die Realisierung adaptiver Software-Systeme. Die Frameworks unterstützen das adaptive Resilienz-Management durch die Integration etablierter Plattformen wie ROS, AUTOSAR oder OPC/UA. Darüber hinaus ermöglichen Rahmenwerke die erforderliche Flexibilität Kognitiver Systeme, indem sie selbst-adaptive Konzepte für resiliente serviceorientierte Systeme und eine Cloud-Integration bereitstellen.
Rahmenwerke fördern im Besonderen
- resiliente »Open-Systems-of-Systems«,
- eine dynamische und sichere Orchestrierung von Services,
- eine dynamische und sichere Integration von Cloud-Diensten sowie
- eine dynamische und sichere Einführung von Diensten in die Edge oder die Cloud oder andere Systeme.
Interdisziplinäre Betrachtung von Resilient Software Systems
Das Fraunhofer IKS betrachtet resiliente Software-Systeme interdisziplinär und bezieht Ergebnisse der beiden anderen Forschungsschwerpunkte »Vertrauenswürdige KI« und »Safety Assurance« in die Entwicklung von Resilient Software Systems ein. So ist beispielsweise die Gewährleistung von Safety eines der Hauptanliegen von Resilienz. Zusammen mit der Forschungsabteilung Safety Assurance arbeiten die Forscherinnen und Forscher deswegen daran, dass die entwickelten Safety-Modelle zu den Resilienz-Modellen passen.