https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/17790
File | Description | Size | Format | |
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luisfelipedealmeidanascimento.pdf | 7.43 MB | Adobe PDF | View/Open |
Type: | Dissertação |
Title: | A model-driven methodology to support runtime assurance of open and adaptive systems |
Author: | Nascimento, Luis Felipe de Almeida |
First Advisor: | Oliveira, André Luiz de |
Co-Advisor: | Villela, Regina Maria Maciel Braga |
Referee Member: | Campos, Fernanda Cláudia Alves |
Referee Member: | Montecchi, Leonardo |
Referee Member: | Braga, Rosana Teresinha Vaccare |
Resumo: | Sistemas ciber-físicos (CPSs) abrigam vasto potencial econômico e impacto social, permitindo novos tipos de aplicações promissoras em diferentes domínios de sistemas embarcados como automotivo, aviônicos, ferroviários, de saúde e automação. Esses sistemas desempenham funções críticas e, se falharem, podem prejudicar pessoas ou levar ao colapso de infraestruturas importantes com consequências catastróficas para a indústria e/ou sociedade. Dessa forma, o desenvolvimento de CPSs demanda a demonstração de propriedades de segurança, proteção e confiabilidade. Casos de garantia fornecem um meio explícito para justificar/avaliar as propriedades de confiança do sistema com referências explícitas e implícitas a artefatos de design, de análise segurança e de confiabilidade. O Structured Assurance Case Metamodel (SACM) define um metamodelo padronizado para representar casos de garantia estruturados. O standard SACM fornece a base para a garantia de segurança de sistema dirigida por modelos com grande potencial para ser aplicada em domínios de CPSs abertos e adaptativos emergentes. Motivação: A natureza aberta (capacidade de se conectar) e adaptativa (adaptar a mudanças de contextos) dos CPSs exige uma mudança de paradigma de garantia de segurança do sistema em tempo de design para a garantia em tempo de execução. Assim, espera-se que os casos de garantia sejam intercambeados, integrados e verificados em tempo de execução para garantir a confiança de CPSs. Entretando, possibilitar a rastreabilidade entre os casos de garantia e modelos de design, análise e de processso do sistema, que são parte da Identidade de Confiança Digital Executável (EDDIs) de componentes de um CPSs, ainda é uma barreira. Objetivo: Neste trabalho é proposta uma nova metodologia dirigida por modelos para apoiar a especificação e a síntese de casos de garantia executáveis a partir de um conjunto de modelos de sistema para demonstrar a segurança e proteção de CPSs em tempo de execução. Este trabalho aprimora a especificação SACM com pattern extensions que adicionam semântica ao conceito de ImplementationConstraint para possibilitar a especificação de padrões de caso de garantia executáveis (templates) vinculados a informações de modelos de projeto, análise e de processo (evidências) que constituem a EDDI de um CPS e/ou de um componente do CPS. A metodologia proposta inclui um método de apoio à especificação e à instanciação de padrões de caso de garantia, uma ferramenta de modelagem com a capacidade de especificar padrões de caso de garantia executáveis vinculados a informações de uma EDDI e um algoritmo de instanciação para apoiar a síntese automática de casos de garantia. Avaliação: A viabilidade da metodologia proposta foi avaliada por meio de sua aplicação na geração de casos de garantia para dois sistemas do domínio automotivo. Resultados: A efetividade da metodologia proposta foi demostrada pelo baixo tempo de excução da instanciação, alta precisão e omissões mínimas na geração de casos de garantia para dois sistemas de tamanho médio. |
Abstract: | Cyber-physical systems (CPS) harbor vast economic potential and societal impact, enabling new types of promising applications in different embedded system domains such as automotive, avionics, railway, healthcare, and home automation. These systems perform safety-critical functions, thus in case of failure, they may harm people or lead to the collapse of important infrastructures with catastrophic consequences to industry and/or society. Therefore, CPSs demand the justification of system safety and component reliability. Assurance cases provide an explicit means for justifying/assessing confidence in system dependability with explicit and implicit references to design, safety, and reliability artifacts. The Structured Assurance Case Metamodel (SACM) defines a standardized metamodel for representing structured assurance cases. SACM provides the foundations for model-based system assurance with potential to be applied in emergent open and adaptive CPS domains. Motivation: CPSs are loosely connected and come together as temporary configurations of smaller systems that may dissolve and give place to other configurations. The open and adaptive nature of CPSs, demands a paradigm shift from design-time to runtime system assurance. To ensure the dependability of CPSs, assurance cases are expected to be exchanged, integrated, and verified at runtime. However, enabling the traceability between assurance cases and system design, analysis, and process models, which are part of Executable Digital Dependability Identities (EDDIs) of CPS components, is still a barrier. Objective: This study introduces a novel model-driven methodology to support the specification and synthesis of executable SACM assurance cases from various systems models to demonstrate CPS safety and security at runtime. This work also enhances the SACM standard with pattern extensions that added semantics to the concept of Implementation Constraint to support the specification of executable assurance case pattern (templates) specifications linked to information from design, analysis, and process models (evidence) that constitute the EDDI of a CPS and/or CPS component. This study also provides an assurance case pattern specification and instantiation methodology, comprising a modeling tool for specifying executable assurance case patterns linked to EDDI information, and an instantiation algorithm to support the automatic synthesis of assurance cases from EDDI information. Evaluation: The feasibility of the proposed methodology is evaluated in two illustrative studies from the automotive domain. Results: The effectiveness of the proposed methodology are demonstrated by low instantiation execution time, higher accuracy, and minimal omissions in the generated product assurance cases for the two medium-sized automotive systems. |
Keywords: | Sistemas ciber-físicos Casos de garantia SACM Cyber-physical systems Assurance cases |
CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO |
Language: | eng |
Country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) |
Institution Initials: | UFJF |
Department: | ICE – Instituto de Ciências Exatas |
Program: | Programa de Pós-graduação em Ciência da Computação |
Access Type: | Acesso Aberto Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil |
Creative Commons License: | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ |
URI: | https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/17790 |
Issue Date: | 23-Sep-2024 |
Appears in Collections: | Mestrado em Ciência da Computação (Dissertações) |
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