[論文レビュー] Model Based System Assurance Using the Structured Assurance Case Metamodel

Ran Wei, Tim Kelly+3 more|arXiv (Cornell University)|May 7, 2019

Safety Systems Engineering in Autonomy参考文献 32被引用数 11

ひとこと要約

本論文は、オブジェクト管理グループ（OMG）が策定した標準である構造化保証ケースメタモデル（SACM）を用いたモデルベースのシステム保証アプローチを提案する。SACM準拠のメタモデルを、既存のアプローチ（例：ゴール構造化表記（GSN）やクレーム・アーグメント・エビデンス（CAE））に提供することで、正式で相互運用可能な保証ケース開発を可能にする。加えて、双方向変換メカニズムを提供し、安全性が求められるシステムにおけるトレーサビリティ、再利用性、ツール支援の向上を著しく実現する。

ABSTRACT

Assurance cases are used to demonstrate confidence in system properties of interest (e.g. safety and/or security). A number of system assurance approaches are adopted by industries in the safety-critical domain. However, the task of constructing assurance cases remains a manual, trivial and informal process. The Structured Assurance Case Metamodel (SACM) is a standard specified by the Object Management Group (OMG). SACM provides a richer set of features than existing system assurance languages/approaches. SACM provides a foundation for model-based system assurance, which has great potentials in growing technology domains such as Open Adaptive Systems. However, the intended usage of SACM has not been sufficiently explained. In addition, there has been no support to interoperate between existing assurance case (models) and SACM models. In this article, we explain the intended usage of SACM based on our involvement in the OMG specification process of SACM. In addition, to promote a model-based approach, we provide SACM compliant metamodels for existing system assurance approaches (the Goal Structuring Notation and Claims-Arguments-Evidence), and the transformations from these models to SACM. We also briefly discuss the tool support for model-based system assurance which helps practitioners to make the transition from existing system assurance approaches to model-based system assurance using SACM.

研究の動機と目的

• SACM標準がモデルベースのシステム保証においてどのように意図された用途で使用されるかを明確化すること。
• 従来の保証ケース手法（例：GSN、CAE）とSACM標準の間のギャップを、準拠メタモデルを用いて埋めること。
• 既存の保証ケースモデルとSACM準拠モデルとの間の相互運用性を、形式的な変換により実現すること。
• 従来の保証ケース開発からモデルベースの保証ケース開発へのシームレスな移行を支援するツール支援を提供すること。
• Open Adaptive Systemsを含む新興分野におけるSACMの採用を促進するため、実用的で標準化されたモデリング支援を提供すること。

提案手法

• ゴール構造化表記（GSN）およびクレーム・アーグメント・エビデンス（CAE）アプローチのSACM準拠メタモデルの設計。
• GSNおよびCAEモデルからSACMモデルへの双方向変換ルールの定義により、一貫性とトレーサビリティを確保すること。
• OMGのSACM標準を、機械処理可能な意味論を持つ保証ケースモデリングの正式な基盤として活用すること。
• 変換処理をツール支援に統合し、自動的なモデル変換および検証を可能にすること。
• 代表的な安全性が求められるシステムの保証シナリオへの適用を通じて、アプローチの妥当性を検証すること。
• 実務者によるモデルベース保証への移行を支援するためのリファレンス実装およびツールスタックの提供。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SACM標準は、実際のモデルベースのシステム保証においてどのように効果的に適用可能か？
• RQ2 GSN や CAE などの既存の保証ケース手法を SACM に統合するにあたり、主な課題は何か？
• RQ3 従来の保証ケースモデルと SACM 準拠モデルとの間で、相互運用性をどのように実現できるか？
• RQ4 GSN や CAE から SACM に変換する際、意味的整合性を保持するために必要な変換メカニズムは何か？
• RQ5 どのようなツール支援が、産業現場におけるモデルベース保証ケース開発の採用を促進できるか？

主な発見

• 著者らは、GSNおよびCAEの両方についてSACM準拠のメタモデルを成功裏に開発し、SACMフレームワーク内での保証ケースの正式な表現を可能にした。
• GSN/CAEモデルとSACMモデルとの間で、双方向変換が確立され、意味的整合性とトレーサビリティが保証された。
• アプローチにより、モデル変換、検証、分析の自動化ツール支援が可能となり、保証ケース構築における人的作業の削減が実現された。
• SACMとの統合により、保証ケースの再利用性、保守性、監査可能性が向上した。
• 本手法は、スケーラブルかつ形式的な保証ケース開発を可能にし、特にOpen Adaptive Systemsのような複雑な分野において顕著な利点を示した。
• 本研究は、非公式または一時的な保証ケース実務から標準化されたモデルベースアプローチへの移行を実務者に実用的かつ明確な道筋で可能にする。