Uncertainty-Aware Self-Adaptive Cyber-Physical Systems

Abstract

Kyber-fyzikální systémy (CPS) je třeba navrhovat tak, aby byly schopny vyrovnat se z nejistotami, které vznikají při získávání dat o okolí těchto systémů. To vyžaduje využití vhodného modelu, který pak umožňuje dělat správná rozhodnutí a provádění správných akcí (v některých případech ovlivňující své okolí) na základě nepřesných informací. Volba a integrace vhodného modelu do návrhu může být složitá, protože vyžaduje identifikaci druhů nepřesností a znalost jejich modelování a aplikace. I když se může vývojář inspirovat konkrétními existujícími příklady, aplikace těchto postupů v jiných případech může být složitá, zejména z důvodů specifické neustálené terminologie, rozdíly v kontextu, a systémovými požadavky. Abychom usnadnili vývoj CPS, představujeme v této práci přehled přístupů, které berou nepřesné informace v úvahu, a to v oblasti kolektivních CPS. V této práci prezentujeme systematickou studii vědeckých projektů s průmyslovými vedoucími a syntézu vztahů mezi systémovými požadavky, druhy nepřesností a metodami pro jejich zpracování. Výsledky poskytují přehled druhů nepřesností napříč doménami a výzvami. Dále představujeme průvodce pro návrh sebeupravujících CPS, které umožňují zpracování nepřesností. V závěru představujeme proces, který umožňuje se s určitými druhy nepřesností vyrovnat.

Cyber-physical systems (CPS) need to be designed to deal with various forms of uncertainty associated with data contributing to the system's knowledge of the environment. Dealing with uncertainty requires adopting an appropriate model, which then allows making the right decisions and carrying out the right actions (possibly affecting the environment) based on imperfect information. However, choosing and incorporating a suitable model into CPS design is difficult, because it requires identifying the kind of uncertainty at hand as well as knowledge of suitable models and their application to dealing with the uncertainty. While inspiration can be found in other CPS designs, the details of dealing with uncertainty in another CPS can be confounded by domain-specific terminology, context, and requirements. To make this aspect of CPS design less daunting, we aim at providing an overview of approaches dealing with uncertainty in the design of CPS targeting collective behavior. To this end, we present a systematic review of relevant scientific projects with industrial leadership and synthesis of relations between system features, the kinds of uncertainty, and methods used to deal with it. The results provide an overview of uncertainty across different domains and challenges and reason about a guide for...