Kritische Infrastrukturen, wie zum Beispiel die Wasser-, Gas- und Elektrizitätsversorgung werden durch Informations- und Telekommunikations-Infrastruk-tur (IT) (fern)gesteuert und können durch Ausfälle von Komponenten und Angriffe auf die IT Netze in ihrer Leistung und Zuverlässigkeit beinträchtigt werden. 

Stochastische hybride Systeme.

Für die Modellierung von kritischen Infrastrukturen werden hybride Modelle benötigt, die sowohl diskrete als auch kontinuierliche Komponenten enthalten (z.B. für die Modellierung von diskret gesteuerten physikalischen Systemen). Zusätzlich beschreiben Zufallsvariablen das Auftreten von zufälligen Ereignissen, wie zum Beispiel den Ausfall von Systemkomponenten.

Sogenannte stochastische hybride Systeme wurden in der Vergangenheit schon erfolgreich verwendet, um sicherheitskritische Anwendungen zu modellieren. Sie sind gut geeignet, um den Verlauf von physikalischen Systemen benutzerfreundlich darzustellen. 

Der Fokus meiner Arbeitsgruppe liegt daher vor allem auf der Entwicklung von speziellen, analysierbaren Modellklassen, die gut geeignet sind, Systeme mit bestimmten Eigenschaften abzubilden. Themengebiete umfassen dabei verschiedene kritische Infrastrukturen, wie z.B. die Modellierung und Bewertung der Wasserversorgung und der Gas- und Energieversorgung.

Modellierung und Bewertung.

Die größte Herausforderung bei der Modellierung von kritischen Infrastrukturen besteht in der Größe und der Komplexität der zu beschreibenden Systeme. Viele bestehende Modellierungsansätze lassen sich nicht auf realistische Systeme anwenden. Ein Schwerpunkt unserer Forschung liegt daher in der Entwicklung von skalierbaren Modellen und Methoden zur Analyse von verschiedenen kritischen Infrastrukturen, insbesondere im Kontext ihrer Steuerungsnetze.

Aufgrund der Komplexität der zu evaluierenden Systeme ist es häufig unmöglich, exakte analytische Vorhersagen für präzise Modelle zu berechnen. Daher erforschen wir den Nutzen von Abstraktions- und Simulationstechniken, um möglichst effizient praxisrelevante Ergebnisse zu erzielen. 

Software Tooling.

Neben der Entwicklung von neuen Methoden und Techniken ist die Toolentwicklung ein weiterer Schwerpunkt der Arbeitsgruppe. Dies ermöglicht den Vergleich von Methoden und Ergebnissen und erleichtert außerdem die Bewertung von realistischen Systemen.

Seit einigen Jahren entwickeln wir die Tools HYPEG und hpnmg. Während HYPEG Hybride Petri Netze simuliert, ist die Analyse in hpnmg exakt bis auf den numerischen Fehler.