[논문 리뷰] Design of asynchronous supervisors

Harsh Beohar, Pjl Pieter Cuijpers외 1명|ArXiv.org|2009. 10. 05.

Petri Nets in System Modeling참고 문헌 8인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 식물, 감시자, 또는 통신 채널에 버퍼를 사용하여 동기화된 닫힌 루프 시스템을 이방성으로 전환하는 데 네 가지 방법을 제안하며, 동기 및 이방성 버전 간의 분기 바이시밀러리티를 보장한다. 주요 기여는 동기 시스템이 탈동기화 가능하다는 것을 보장하는 네 가지 충분조건—자기 순환 없음, 다이아몬드 성질, 사이클 내에서 제어 가능/비제어 가능 동작 균형, 버퍼 배치—를 규명한 것이다. 이를 통해 행동 손실 없이 실용적인 이방성 구현이 가능해진다.

ABSTRACT

One of the main drawbacks while implementing the interaction between a plant and a supervisor, synthesised by the supervisory control theory of \citeauthor{RW:1987}, is the inexact synchronisation. \citeauthor{balemiphdt} was the first to consider this problem, and the solutions given in his PhD thesis were in the domain of automata theory. Our goal is to address the issue of inexact synchronisation in a process algebra setting, because we get concepts like modularity and abstraction for free, which are useful to further analyze the synthesised system. In this paper, we propose four methods to check a closed loop system in an asynchronous setting such that it is branching bisimilar to the modified (asynchronous) closed loop system. We modify a given closed loop system by introducing buffers either in the plant models, the supervisor models, or the output channels of both supervisor and plant models, or in the input channels of both supervisor and plant models. A notion of desynchronisable closed loop system is introduced, which is a class of synchronous closed loop systems such that they are branching bisimilar to their corresponding asynchronous versions. Finally we study different case studies in an asynchronous setting and then try to summarise the observations (or conditions) which will be helpful in order to formulate a theory of desynchronisable closed loop systems.

연구 동기 및 목표

• 실세계 시스템에서 실현 가능하지 않은 동기 상호작용 문제를 다루기 위해, 제어 이론에서의 부정확한 동기화 문제를 해결한다.
• 자동기 기반 접근 방식의 한계를 극복하기 위해, 모듈성과 추상화를 자연스럽게 지원하는 과정 대수를 사용한다.
• 이방성 제어 시스템의 비동기적 구현이 동기 대응 버전의 행동을 유지하는지 공식적으로 검증할 수 있는 프레임워크를 개발한다.
• 동기 닫힌 루프 시스템이 탈동기화 가능하다는 것—즉, 분기 바이시밀러리티를 만족하는 것—이 되는 충분조건을 규명한다.
• 정확성 유지 조건 하에, 버퍼링 메커니즘을 통한 이방성 통신을 통해 합성된 감시자를 실용적으로 구현할 수 있도록 한다.

제안 방법

• 식물, 감시자, 통신 채널를 모델링하기 위해 공식 명세 언어로 TCP 과정 대수를 사용한다.
• 식물, 감시자, 또는 입력/출력 채널에 버퍼를 추가하여 이방성 통신을 가능하게 하는 네 가지 구성 방법(M1–M4)을 도입한다.
• 기존의 동기 닫힌 루프 시스템과 그 이방성 대응 버전 간의 동등성을 공식적으로 검증하기 위해 분기 바이시밀러리션을 적용한다.
• 동기 및 이방성 버전 간에 분기 바이시밀러리티를 만족하는 시스템을 '탈동기화 가능'으로 정의하고 적용한다.
• 변환 및 동등성 검증을 구현하고 검증하기 위해 $\chi$ 툴셋을 사용한다.
• 통신 지연을 표현하기 위해 버퍼 모델(예: 무한 큐)을 사용하여, 이방성 실행 조건 하에서도 행동 일관성을 보장한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 버퍼링된 통신이 도입되었을 때, 동기 닫힌 루프 시스템이 이방성 대응 버전과 분기 바이시밀러리티를 만족하는 조건는 무엇인가?
• RQ2 식물, 감시자, 또는 채널에 배치된 버퍼 전략의 차이가 닫힌 루프 시스템의 행동 동등성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 전이 시스템의 어떤 구조적 성질이 이방성 실행이 동기 버전과 비교해 데드락이나 라이브락을 유발하지 않는지를 보장하는가?
• RQ4 과정 대수를 사용하여 탈동기화 가능한 시스템 이론을 보다 넓은 범위의 제어 시스템에 일반화할 수 있는가?
• RQ5 네 가지 구성 방법 중 어느 것이 분기 바이시밀러리션 하에서 더 넓은 범위의 탈동기화 가능 시스템을 제공하는가?

주요 결과

• 네 가지 구성 방법(M1–M4)은 행동 동등성 측면에서 분기 바이시밀러리티 하에 동일한 형태를 가지며, 행동적으로 동등하지만 동작 추상화 방식에서만 차이가 있다.
• 식물이나 감시자에 자기 순환이 없고, 전이 시스템에서 다이아몬드 성질이 있으며, 초기 상태에서 시작하는 사이클에 최소한 하나의 제어 가능 동작과 하나의 비제어 가능 동작이 포함되어 있으면, 동기 닫힌 루프 시스템은 탈동기화 가능하다.
• 사이클 조건을 충족하지 못할 경우—특히 제어 가능 동작만 포함된 사이클일 경우—비제어 가능 동작의 무한 버퍼링으로 인해 이방성 시스템에서 무한 상태 공간이 발생할 수 있다.
• 모든 네 가지 구성 방법이 약한 트레이스 동등성을 만족한다는 가설은 틀리다. 동작 추상화가 심지어 약한 트레이스 동등성 수준에서도 동등성에 큰 영향을 미친다.
• 다이아몬드 성질은 동기 및 이방성 시스템 간의 분기 바이시밀러리티를 확립하는 데 필수적이며, 동시 동작의 일관된 재정렬을 보장한다.
• 사례 연구를 통해 제안된 조건들이 실용적인 제어 시스템, 예를 들어 푸시어 리프트 시스템에서 탈동기화 가능성을 위한 필수 및 충분 조건임을 입증하였다.