Runtime observable and adaptable uml state machine-based software components generation and verificationmodels@run.Time approach

Resumo

Los sistemas cyber-físicos (CPSs) son sistemas de computación embebidos en los que la computación interactúa estrechamente con el mundo físico a través de sensores y actuadores. Los CPS se utilizan para controlar sistemas que proveen conocimiento del contexto. Este tipo de sistemas son sistemas complejos que suelen tener diferentes configuraciones y su estrategia de control puede configurarse en función de los datos del entorno y de la situación actual del contexto. Por lo tanto, en los entornos industriales actuales, el software de los sistemas embebidos tiene que hacer frente a la creciente complejidad, los escenarios inciertos y los requisitos de seguridad en tiempo de ejecución. Las máquinas de estado UML son un formalismo muy utilizado en industria para modelar el comportamiento lógico de este tipo de sistemas, y siguiendo el enfoque Model Driven Engineering (MDE) podemos generar código automáticamente a partir de estos modelos. El objetivo de MDE es superar la complejidad de la construcción de software permitiendo a los desarrolladores trabajar en los modelos de alto nivel de los sistemas de software en lugar de tener que codificar el control mediante lenguajes de programación de bajo nivel. Sin embargo, determinar y evaluar el comportamiento y el rendimiento en tiempo de ejecución de estos modelos generados mediante herramientas comerciales de MDE es una tarea difícil. Estas herramientas proporcionan poco apoyo para observar a nivel de modelo la ejecución del código generado a partir del modelo. Por lo tanto, no son muy adecuadas para poder recopilar la información de tiempo de ejecución necesaria para, por ejemplo, comprobar si se cumplen o no las restricciones definidas. Un enfoque para gestionar estos requisitos, es tener la información de los componentes de software en términos de modelo en tiempo de ejecución (models@run.time). El trabajo en models@run.time busca ampliar la aplicabilidad de los modelos producidos en fase de desarrollo mediante el enfoque MDE al entorno de tiempo de ejecución. Tener el modelo en tiempo de ejecución es el primer paso para poder llevar a cabo la verificación en tiempo de ejecución. Así, esta verificación se podrá realizar utilizando la información de los elementos del modelo (estado actual, evento, siguiente estado, etc.). El objetivo de esta tesis es avanzar en la práctica actual de generar automáticamente componentes software basados en Unified Modeling Language - State Machine (UML-SM) que sean capaces de proporcionar información interna en términos de modelos en tiempo de ejecución. En cuanto a la automatización, en primer lugar, proponemos una metodología soportada por herramientas para generar automáticamente estos componentes de software. En segundo lugar, proponemos un marco de trabajo de generación de componentes de software basado en UML-SM. En cuanto a la monitorización, verificación y adaptación en tiempo de ejecución, proponemos un módulo de tiempo de ejecución externalizado que es capaz de monitorizar y verificar la validez de los componentes del software en función de su estado interno en términos de modelo. Además, si se detecta un error, se activa el módulo de adaptación en tiempo de ejecución y se inicia el proceso de adaptación seguro en el componente de software correspondiente. Teniendo en cuenta todo esto, el nivel de seguridad global de los componentes del software y de los CPS se ve mejorado.