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首页> 外文期刊>Parallel and Distributed Systems, IEEE Transactions on >A Lease Based Hybrid Design Pattern for Proper-Temporal-Embedding of Wireless CPS Interlocking
【24h】

A Lease Based Hybrid Design Pattern for Proper-Temporal-Embedding of Wireless CPS Interlocking

机译：无线CPS互锁时基嵌入的基于租赁的混合设计模式

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Cyber-Physical Systems (CPS) integrate discrete-time computing and continuous-time physical-world entities, which are often wirelessly interlinked. The use of wireless safety-critical CPS requires safety guarantees despite communication faults. This paper focuses on one important set of such safety rules: Proper-Temporal-Embedding (PTE), where distributed CPS entities must enter/leave risky states according to properly nested temporal pattern and certain duration spacing. Our solution introduces hybrid automata to formally describe and analyze CPS design patterns. We propose a novel leasing based design pattern, along with closed-form configuration constraints, to guarantee PTE safety rules under arbitrary wireless communication faults. We propose a formal procedure to transform the design pattern hybrid automata into specific wireless CPS designs. This procedure can effectively isolate physical world parameters from affecting the PTE safety of the resultant specific designs. We conduct two wireless CPS case studies, one on medicine and the other on control, to show that the resulted system is safe against communication failures. We also compare our approach with a polling based approach. Both approaches support PTE under arbitrary communication failures. The polling approach performs better under severely adverse wireless medium conditions; while ours performs better under benign or moderately adverse wireless medium conditions.
机译：网络物理系统（CPS）集成了离散时间计算和连续时间物理世界实体，这些实体通常是无线互连的。尽管存在通信故障，但使用无线安全关键型CPS仍需要安全保证。本文着重介绍这类安全规则中的一组重要规则：适当时态嵌入（PTE），其中分布式CPS实体必须根据正确嵌套的时间模式和一定的持续时间间隔进入/离开危险状态。我们的解决方案引入了混合自动机来正式描述和分析CPS设计模式。我们提出了一种新颖的基于租赁的设计模式，以及封闭形式的配置约束，以确保在任意无线通信故障下的PTE安全规则。我们提出了一种将设计模式混合自动机转换为特定无线CPS设计的正式程序。此过程可以有效地隔离物理世界参数，以免影响所得特定设计的PTE安全性。我们进行了两个无线CPS案例研究，一个涉及医学，另一个涉及控制，以证明最终的系统可以防止通讯故障。我们还将我们的方法与基于轮询的方法进行了比较。两种方法都可以在任意通信故障下支持PTE。在严重不利的无线介质条件下，轮询方法的性能更好。而我们的设备在良性或中等不利的无线介质条件下的性能更好。

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