[논문 리뷰] DCSYNTH: Guided Reactive Synthesis with Soft Requirements for Robust Controller and Shield Synthesis

Amol Wakankar, Paritosh K. Pandya외 1명|arXiv (Cornell University)|2017. 11. 06.

Formal Methods in Verification참고 문헌 7인용 수 3

한 줄 요약

DCSYNTH는 디지털 지속 시간 논리(QDDC)를 사용하여 하드 및 소프트 요구사항을 포함한 고품질의 제어기를 생성하는 반응형 합성 도구이다. 하드 보안성 및 라이브니스 제약 조건을 항상 만족시키면서도 소프트 요구사항(예: 지연 최소화, 강건성 향상)을 우선순위에 따라 처리함으로써 지도된 합성을 가능하게 하여, 컴act하고 강건한 제어기 및 버스트 오류를 견딜 수 있는 런타임 실드를 생성한다.

ABSTRACT

DCSYNTH is a tool for the synthesis of controllers from safety and bounded liveness requirements given in interval temporal logic QDDC. It investigates the role of soft requirements (with priorities) in obtaining high quality controllers. A QDDC formula specifies past time properties. In DCSYNTH synthesis, hard requirements must be invariantly satisfied whereas soft requirements may be satisfied "as much as possible" in a best effort manner by the controller. Soft requirements provide an invaluable ability to guide the controller synthesis. In the paper, using DCSYNTH, we show the application of soft requirements in obtaining robust controllers with various specifiable notions of robustness. We also show the use of soft requirements to specify and synthesize efficient runtime enforcement shields which can correct burst errors. Finally, we discuss the use of soft requirements in improving the latency of controlled system.

연구 동기 및 목표

• 반응형 합성 도구에서 지도가 부족하여 종종 다수의 정확하지만 최적화되지 않은 제어기가 생성되는 문제를 해결하기 위해.
• 정확성-건설 기반의 개선을 넘어 우선순위를 부여한 소프트 요구사항을 통합함으로써 제어기 품질을 향상시키기 위해.
• 환경 가정 위반 상황에서도 보장을 유지하는 강건한 제어기를 합성할 수 있도록 하기 위해.
• 버스트 오류를 수정할 수 있는 컴팩트하고 효율적인 런타임 강제 실드의 자동 합성 지원을 위해.
• 소프트 요구사항 기반 최적화를 통해 실시간 시스템에서 제어기 지연을 감소시키기 위해.

제안 방법

• 하드 보안성/라이브니스 성질과 소프트 요구사항을 우선순위 가중치와 함께 지정하기 위해 간격 시간 논리 QDDC를 사용한다.
• 지정된 하드 제약 조건을 엄격히 준수하면서 소프트 요구사항의 최대 부분집합을 만족시키는 국소 최적 합성 전략을 적용한다.
• 경로 탐색 알고리즘을 사용하여 최악의 지연을 측정하기 위해 기호 모델 체킹 기법을 통합한다.
• 실수 출력을 수정하는 제어기로서 실드를 정의함으로써 실드 합성을 지원한다. 이때 편차를 최소화한다.
• 두 단계 합성: 첫 번째 단계에서 하드 및 소프트 요구사항으로부터 제어기를 합성하고, 두 번째 단계에서 일시적 실패 상황에서의 정확성 강제를 위한 실드를 합성한다.
• DCSYNTH 내부의 형식적 명세 언어를 사용하여 시스템 인터페이스, 가정, 요구사항, 소프트 목표를 가중치 우선순위와 함께 정의한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 우선순위를 가진 소프트 요구사항이 정확성 초과의 고급 제어기를 생성하는 데 지도할 수 있는가?
• RQ2 소프트 요구사항을 어떻게 활용하여 '절대 포기하지 않기' 또는 '게으르지 않기'와 같은 특정 강건성 특성을 가진 제어기를 합성할 수 있는가?
• RQ3 소프트 요구사항을 통해 버스트 오류를 수정할 수 있는 컴팩트하고 효율적인 런타임 실드를 합성할 수 있는가?
• RQ4 소프트 요구사항은 실시간 시스템에서 제어기 지연을 어느 정도 감소시키는가?
• RQ5 동일한 명세 프레임워크가 제어기 및 실드 합성에 대해 통합된 형식적 언어로 지원할 수 있는가?

주요 결과

• DCSYNTH는 적절한 우선순위를 가진 소프트 요구사항으로 표현된 '절대 포기하지 않기' 및 '게으르지 않기' 강건성 기준을 충족하는 강건한 제어기를 성공적으로 합성하였다.
• 도구는 버스트 오류를 수정할 수 있는 컴팩트한 런타임 강제 실드를 생성하였으며, 이는 이전 연구 대비 실드 크기 및 효율성에서 뛰어난 성능을 보였다.
• 소프트 요구사항 기반 합성은 최악의 지연을 감소시켰으며, CTLDC 도구를 사용한 기호 경로 분석을 통해 검증되었다.
• 통합 QDDC 명세에서 제어기 및 실드의 자동 합성을 지원함으로써 엔지니어링 노력이 감소하였다.
• 마이닝 펌프 및 4셀 어큐레이터 사례 연구에서의 실험 결과, DCSYNTH는 하드 제약 조건을 충족하면서 국소적으로 최적의 방식으로 소프트 목표의 만족도를 극대화하는 제어기를 생성하는 것으로 확인되었다.
• 도구는 실세계 임베디드 제어 및 런타임 강제 응용 분야에서 확장성과 실용성을 입증하였다.