Téma disertační práce

Pokročilé metody vývoje bezpečnostně-kritických systémů

Ak. rok 2021/2022

Školitel: Vojnar Tomáš, prof. Ing., Ph.D.

Ústav: Ústav inteligentních systémů FIT VUT v Brně

Vývoj systémů založený na modelech (MBD) je v současnosti do jisté míry méně akcentovanou oblastí IT, jelikož je svým rigorózním přístupem pravým opakem dnes prosazovaného agilního vývoje software. Ovšem bez této metodologie by nebylo možné vyvíjet bezpečnostně-kritické systémy, u kterých musí být zajištěna jejich správná funkcionalita ve všech možných situacích. Díky rigoróznímu postupu je ale vývoj těchto systémů značně pomalý a náročný na prostředky. Snahy, jak celý proces urychlit, jsou vidět ve všech fázích vývoje - od specifikace a validace požadavků, přes návrh architektury, generování kódu, jeho testování a verifikaci, až po certifikaci výsledného produktu.

Velkým problémem a zároveň výzvou je, že jednotlivé fáze vývoje jsou úzce provázané, např. pro automatizaci testování a verifikace je potřeba mít strojově zpracovatelné požadavky a architekturu systému, jinak nebude možné odvodit, co vlastně testovat a verifikovat. Tato provázanost vyžaduje znalosti z různých oblastí vývoje a analýzy zároveň, zatímco jak výzkum, tak existující řešení obvykle cílí pouze na jednu konkrétní fázi a vybrané problémy v rámci této fáze. S ohledem na to bude cílem výzkumu vyvinout nové přístupy pro návrh a analýzu systémů využívající data z různých fázi vývoje, případně rozšířit existující přístupy o využití dat z jiných fází. Práce by se měla zaměřit na problémy, které se aktuálně řeší v průmyslu a které zahrnují: nové přístupy pro specifikaci požadavků a systémů usnadňující analýzu a verifikaci, nové metody analýzy a verifikace modelů, metody pokročilého testování založené na modelech, metody pro ověřování ekvivalence modelu a z něj vygenerovaného kódu či pro odvozování modelů na různých úrovních abstrakce.

Řada velkých technologických společností v oblasti avioniky a automobilového průmyslu (např. Honeywell, AIRBUS, Boeing, Thales, Volvo Cars, ANSYS, MathWorks, ObeoSoft, Dassault, DRisQ) vynakládá nemalé prostředky na výzkum a vývoj v této oblasti.

Práce bude řešena ve spolupráci s týmem VeriFIT zabývajícím se na FIT VUT automatizovanou analýzou a verifikací s využitím statických i dynamických metod analýzy a verifikace, jak v podobě formální verifikace, tak i zaměřených na vyhledávání chyb. Předpokládá se zejména úzká spolupráce s dr. J. Fiedorem, u něhož se předpokládá role školitele specialisty, a dále dr. A. Smrčkou, doc. A. Rogalewiczem, dr. O. Lengálem, dr. L. Holíkem či dr. M. Češkou jr. Předpokládá se rovněž úzká spolupráce s firmou Honeywell, kterou zprostředkují zejména dr. J. Fiedor a dále B. Hall (Engineering Fellow, Advanced Technology, Honeywell). Dalším potenciálním průmyslovým partnerem je firma ANSYS z Francie. Podle zaměření práce je pak také pravděpodobná spolupráce s výzkumnými partnery firmy Honeywell, např. prof. Dov Dovi z MIT/Technion v oblasti aplikace formalismu OPM (prof. Dori je autor tohoto formalismu, jenž je nyní také ISO standard) nebo prof. Gopal Gupta z University of Texas v Dallasu, jenž vede špičkovou výzkumnou skupinu v oblasti využití logik pro analýzu systémů (logical reasoning).

V případě zodpovědného přístupu a kvalitních výsledků je zde možnost zapojení do grantových projektů (např. TAČR Aufover řešený ve spolupráci s Honeywell a Red Hat, nový český projekt GAČR Snappy, evropský projekt ECSEL Arrowhead Tools či evropský projekt ECSEL Valu3S, bude-li přijat).

Vybrané publikace mimo databázi FIT VUT:

  • B. Hall, J. Fiedor, and Y. Jeppu. Model Integrated Decomposition and Assisted Specification (MIDAS). In Proc. of INCOSE International Symposium 2020.
  • B.F. Jones, L. Pike, S. Varadarajan, and B. Hall. Language for Unified Verification and Implementation for Distributed Avionics. Journal of Aerospace Information Systems 15 (11):640-664, 2018.
  • D. Bhatt, B. Hall, A. Murugesan, D. Oglesby, E. Bush, E. Engstrom, J. Mueller, and M. Pelican. Opportunities and Challenges for Formal Methods Tools in the Certification of Avionics Software. In Proc. of the IEEE Aerospace Conference, IEEE, 2017.
  • L. Li, N. L. Soskin, A. Jbara, M. Karpel, D. Dori. Model-Based Systems Engineering for Aircraft Design With Dynamic Landing Constraints Using Object-Process Methodology. IEEE Access 7: 61494-61511, 2019.
  • D. Dori. Model-Based Systems Engineering with OPM and SysML, Springer, 2016.
  • N. Saeedloei, G. Gupta A methodology for modeling and verification of cyber-physical systems based on logic programming, SIGBED Review 13(2): 34-42, 2016.
Nahoru