Specification and Verification for Real-Time Coordination Protocols of Cyber-physical Systems

Cyber-physische Systeme (CPSs) sind die nächste Generation von eingebetteten Systemen, die fortwährend ihre Zusammenarbeit koordinieren, um anspruchsvolle Funktionen zu erfüllen. Die Koordination zwischen ihnen kann in Software mittels asynchroner Nachrichtenkommunikation realisiert werden. Um die funktionale Korrektheit der Software zu gewährleisten, ist aufgrund der Kritikalität dieser Systeme eine formale Verifikation wie z.B. Model Checking notwendig. Die Eingabesprache eines Model Checkers unterstützt jedoch domänenspezifische Aspekte wie asynchrone Kommunikation nicht direkt, wodurch diese vom Softwareingenieur mittels zahlreicher Modellelemente spezifiziert werden müssen. Dies ist hochgradig komplex und somit fehleranfällig. Im Rahmen dieser Arbeit wird eine modellgetriebene Methode zur domänenspezifischen Spezifikation und vollautomatischen Verifikation der nachrichtenbasierten Koordination von CPSs präsentiert. Mit Hilfe dieser Methode kann der Softwareingenieur die Koordination kompakt modellieren und muss nicht länger verstehen, wie seine Spezifikation auf der Ebene des Model Checkers ausgedrückt wird. Insgesamt wird die Komplexität für den Softwareingenieur somit deutlich handhabbarer. Bezüglich der Spezifikation einer solchen Koordination definiert die Arbeit eine domänenspezifische Sprache namens Real-Time Coordination Protocols (RTCPs). Darüber hinaus wird eine domänenspezifische Sprache zur Spezifikation von Verifikationseigenschaften eingeführt und Entwurfsmuster für RTCPs präsentiert, um die Anzahl der Modellierungsfehler zu senken.