A BME MIT tanszék részvételével 2019 januárjában elindult az “Addressing Verification and Validation Challenges in Future Cyber-Physical Systems” (ADVANCE) nevű H2020 RISE kutatási projekt, ami a jövő kiberfizikai rendszereinek ellenőrzési kihívásait fogja vizsgálni. A kiberfizikai rendszerek (Cyber-Physical Systems, CPS) olyan összetett rendszerek, amik a fizikai és informatikai komponensek összefonódásával új, intelligens szolgáltatások előtt nyitják meg az utat, mint például az autonóm közlekedés, az “okos” rendszerek vagy a jövő automatizált ipari rendszerei. Ezen rendszerek esetleges hibáinak katasztrofális következményei lehetnek, így a megfelelő ellenőrzésük (V&V, verifikáció és validáció) elengedhetetlen. A projekt a kiberfizikai rendszerek esetén alkalmazható hatékony ellenőrzési módszerekre és a V&V folyamat során előálló adatok kezelésére és analízisére fog fókuszálni. A projekt célja, hogy nemzetközi szakértői közösséget építsen, akik új módszereket és korszerű oktatási anyagokat dolgoznak majd ki.

A projekt négy évig tart, összesen 7 partner vesz benne részt. A Research and Innovation Staff Exchange (RISE) típusú projektnek megfelelően főleg kutatócserék segítségével történik a közös kutatás és fejlesztés. A projekt résztvevői a Consorzio Interuniversitario Nazionale Per L’Informatica (Olaszország), Universidade de Coimbra (Portugália), Universidad de los Andes (Kolumbia), ResilTech s.r.l. (Olaszország), Universidade Estadual de Campinas (Brazília) és Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Brazília). A projekt első, tapasztalatcserét megvalósító megbeszélését 2019. Február elején rendezték Firenzében, ahol egyetemünket Prof. Pataricza András és Dr. Micskei Zoltán képviselte.

Ipari esettanulmányok és kihívások

A projekt két esettanulmányon keresztül vizsgálja a kiberfizikai rendszerek ellenőrzésének kihívásait. Az első az Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) által fejlesztett brazil környezeti adatgyűjtő rendszer (Brazilian Environmental Data Collection System), amely többek között az esőerdők állapotát figyeli folyamatosan. A rendszer Brazília egész területén szétosztott több mint 800 környezeti adatgyűjtő állomásból, az állomások jeleit továbbító műholdakból és egy adatfeldolgozó központból áll. A rendszer heterogén, dinamikus komponensekből áll, amiket a 90-es évek óta folyamatosan fejlesztenek és módosítanak, így az ellenőrzésük egy rendkívül összetett feladat. Az elkövetkezendő időszak egyik legnagyobb kihívása számukra, hogy átálljanak egy CubeSat platform alapú technológiára, ami könnyebb és olcsóbb fejlesztést jelenthet.

Brazilian Environmental Data Collection System (forrás: INPE)

A második esettanulmány a modern többmagos processzorok és operációs rendszerek használatát vizsgálja biztonságkritikus környezetben. Az esettanulmányhoz az ipari igényeket a ResilTech cég szolgáltatja, aki az autóipar, a vasút és ipari automatizálás sok szereplőjével van kapcsolatban. Jelenleg főleg egymagos processzorokat és cél operációs rendszereket használnak ilyen környezetben, azonban az új alkalmazási területek előretörésével, pl. autonóm vezetés vagy Ipar 4.0 intelligens vezérlők, megjelent az igény az erősebb, általános célú megoldások használatára. Ezen eszközök ellenőrzése és későbbi tanúsítása (certification) azonban még sok nyitott kérdést tartogat.

A BME kutatási módszerei és feladatai

A BME meglévő kutatási és innovációs kompetenciát a projekt két területén fogja felhasználni. Egyrészt a V&V folyamatok során keletkező adatok kezelésében és analízisében van munkatársainknak sok éves tapasztalata (pl. többek között a CECRIS nemzetközi K+F projekt és ipari K+F+I projektek során kidolgozott megoldások). Az általunk kidolgozott módszer segítségével a mérési adatokból, naplófájlokból és tesztelési eredményekből lehet először egy úgynevezett kvalitatív modellt építeni, majd azt felhasználva a problémás szituációkat azonosítani és azokat a rendszert ellenőrző megoldásokba beépíteni.

BME MIT Tudáskinyerés mérési adatokból

Ezen kívül a kiberfizikai rendszerek ellenőrzése során felhasználható módszerek és eszközök kidolgozását fogják munkatársaink folytatni a projekt során (ezek a módszerek többek között például az R3-COP és R5-COP nemzetközi projektek vagy a Lendület Kiberfizikai Rendszerek kutatócsoport ererdményeire alapoznak). A kritikus rendszerek tervezésének és fejlesztésének több lépését is támogatják ezek a módszerek: az architektúra állapotgép-alapú modellezését, a rendszer megbízhatóságának sztochasztikus analízisét, az elkészült forráskódok helyességének ellenőrzését, valamint az autonóm, adaptív rendszerek rendszerszintű tesztelését.

A BME MIT által fejlesztett ellenőrzési módszerek és eszközök

Kapcsolattartó: Dr. Micskei Zoltán