Component-based engineering of Smart Cyber-Physical systems

Abstract

Smart Cyber-Physical Systems (SCPS) are distributed, open-ended and architecturally dynamic systems composed of autonomic components interacting with each other in cooperative actions and introducing system-level (emergent) behaviors that would not be possible otherwise. Very often, the components of SCPS vary with respect to purpose, behavior, and available resources. Such characteristics of SCPS components (especially their heterogeneity combined with cooperativeness) allow for an overall resilience of the system as well as its continuous operation - the key properties the satisfaction of which is expected from any distributed system developed nowadays. Since SCPS is a relatively novel concept, there is no support in terms of design and development tools that would facilitate their engineering process. This work aims to provide methods that address: development, verification and deployment stages of that process. In particular, the thesis focuses on delivering: (i) appropriate abstractions for SCPS modeling realization; (ii) a runtime environment for their deployment and execution; (iii) a simulation tool allowing for system-level verification. Altogether, they contribute to the DEECo framework, which is built around the DEECo component model.

Smart cyber-physical systémy (SCPS) jsou distribuované otevřené systémy s dynamickou architekturou. Tyto systémy jsou složené z autonomních komponent, jejichž interakce skrze kooperativní akce dává vzniknout komplexním chováním celého systému (emergent behaviors), jež by jinak nebyly možné. Komponenty, ze kterých se jednotlivý SCPS skládá, jsou velmi často rozdílné co do účelu, chování i dostupných zdrojů. Tyto charakteristiky SCPS komponent (zejména kombinace jejich různorodosti a kooperace) přispívají k celkové odolnosti (resilience) takovýchto systémů, stejně jako k jejich souvislému fungování (availability) - což jsou klíčové vlastnosti, jejichž maximální splnění je očekáváno od moderních distribuovaných systémů. Jelikož jsou SCPS poměrně nový koncept, není pro ně podpora ve formě nástrojů pro návrh a vývoj, které by umožnily systematický inženýrský proces jejich tvorby. Cílem této práce je poskytnout metody, které se soustředí na fáze vývoje, verifikace a nasazení v rámci takového procesu. Zejména si práce klade za cíl poskytnout následující: (i) vhodné abstrakce pro modelování SCPS; (ii) běhové prostředí pro jejich nasazení a operaci; (iii) simulační nástroj umožňující verifikaci na systémové úrovni. Tyto prvky dohromady jsou dodány coby součásti frameworku DEECo, který je postaven na bázi...