Enhancing runtime monitors of cyber-physical systems using negative selection

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Araújo, João Paulo Costa de
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Institucional da UnB
Texto Completo: http://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/46600
Resumo: Dissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Exatas, Departamento de Ciência da Computação, Programa de Pós-Graduação em Informática, 2022.
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spelling Enhancing runtime monitors of cyber-physical systems using negative selectionSistemas ciberfísicosVerificação em tempo de execuçãoAlgoritmos de computadorDissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Exatas, Departamento de Ciência da Computação, Programa de Pós-Graduação em Informática, 2022.Recentemente, os sistemas Ciber-Físicos (CPS) têm se tornado cada vez mais relevantes em nossa vida cotidiana, o que demanda maiores níveis de confiabilidade. A área de Runtime Verification endereça esse ponto por meio de monitores em tempo de execução que verificam a satisfatibilidade de propriedades do sistema formalizadas. Quando uma violação é identificada, o sistema pode alertar o usuário ou executar alguma rotina predefinida para manter a operação regular do sistema. Ao final, o analista pode diagnosticar o problema e realizar as medidas necessárias para a correção No entanto, a complexidade inerente a estes domínios suscita alguns desafios, como por exemplo a imprevisibilidade de certos acontecimentos, dificuldades em representar os processos cibernéticos ou físicos, e o conhecimento incompleto dos contextos do ambiente. Tudo isso pode fazer com que os monitores se comportem de forma inesperada, ou que eles não monitorem algum aspecto que deveria ser considerado. Procurar inspiração em processos de outros campos é uma atividade muito comum na Informática. O Algoritmo de Seleção Negativa, por exemplo, é uma técnica de base imunológica com múltiplas aplicações bem sucedidas em CPS, principalmente no campo do diagnóstico de falhas para a identificação de comportamentos anômalos. A explicabilidade do algoritmo pode trazer benefícios expressivos para a concepção e verificação de CPS, ajudando a compreender os padrões de violação de propriedade, e assim melhorar a verificação do sistema. Neste trabalho, propõe-se uma metodologia que visa aumentar a confiabilidade de CPS. Isto é feito através de um diagnóstico sistemático das violações das propriedades do sistema baseado em dados gerados por um protótipo. O algoritmo de Seleção Negativa (NSA) serve como método de redundância analítica para isolar e identificar fatores que contribuem para a violação de propriedade no sistema. É possível que, através do arrazoamento sobre tais fatores, as razões pelas quais as violações de propriedade acontecem, os monitores possam ser refinados e mecanismos tolerantes a falhas possam ser criados permitindo, assim, o desenvolvimento de aplicações mais seguras e melhores.Recently, Cyber-physical systems are becoming more relevant in our day-to-day lives, thus demanding higher reliability. The Runtime Verification field addresses this by relying on runtime monitors to verify the satisfiability of formalized system properties. When a violation is spotted, the system can alert the user, or run some predefined process in order to maintain the regular operation. Afterwards, the analyst can take a closer look and perform the proper correction measures. Nevertheless, the complexity inherent of these domains raises some challenges like unforeseen events, difficulties in depicting either the cyber or the physical processes, and the incomplete knowledge of the environment contexts, for example. All of that may cause the monitors to misbehave or miss out on some important aspects that should be considered when monitoring a property. Seeking inspiration in processes from other fields is a very common activity in Computer Science. The Negative Selection Algorithm, for example, is an immuno-based technique with multiple successful applications in the field of CPS, primarily in the field of fault diagnostics for the identification of anomalous behavior. The algorithm’s explainability may bring expressive benefits for the design and verification of CPS by helping understand the property violation patterns, and thus enhance the system verification. In this work, we propose a methodology that aims at increasing the reliability of CPSs. This is achieved by a systematical diagnosis of system properties violations based on data generated by a prototype, performed in the early stages of development. An immunoinspired algorithm called Negative Selection (NSA) serves as an analytical redundancy method to isolate and identify the cause for property violation in the system. We believe that, by reasoning about why the property violations happen, the runtime monitors may be refined, fault-tolerant mechanisms may be added, and, thus, safer and better applications might be written.Instituto de Ciências Exatas (IE)Departamento de Ciência da Computação (IE CIC)Programa de Pós-Graduação em InformáticaRodrigues, Genaína NunesAraújo, João Paulo Costa de2023-10-03T18:29:25Z2023-10-03T18:29:25Z2023-10-032022-11-14info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfARAÚJO, João Paulo Costa de. Enhancing runtime monitors of cyber-physical systems using negative selection. 2022. xii, 72 f., il. Dissertação (Mestrado em Informática) — Universidade de Brasília, Brasília, 2022.http://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/46600enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNB2024-08-12T19:45:08Zoai:repositorio.unb.br:10482/46600Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2024-08-12T19:45:08Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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