論文の概要: Testing CPS with Design Assumptions-Based Metamorphic Relations and Genetic Programming
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.03330v1
- Date: Wed, 04 Dec 2024 13:59:48 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-12-05 15:08:47.977300
- Title: Testing CPS with Design Assumptions-Based Metamorphic Relations and Genetic Programming
- Title（参考訳）: 設計推定に基づくCPSテストと遺伝的プログラミング
- Authors: Claudio Mandrioli, Seung Yeob Shin, Domenico Bianculli, Lionel Briand,
- Abstract要約: CPS(Cyber-Physical Systems)ソフトウェアは、物理的なシステムに望ましい振る舞いを強制するために使用される。
CPSの要件は、実際の物理的トレースがどの程度、所望のトレースを追跡するべきかを記述している。
本研究は,要求ではなく制御理論的な設計仮定を用いてCPSをテストする手法を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.195923771201972
- License:
- Abstract: Cyber-Physical Systems (CPSs) software is used to enforce desired behaviours on physical systems. To test the interaction between the CPS software and the system's physics, engineers provide traces of desired physical states and observe traces of the actual physical states. CPS requirements describe how closely the actual physical traces should track the desired traces. These requirements are typically defined for specific, simple input traces such as step or ramp sequences, and thus are not applicable to arbitrary inputs. This limits the availability of oracles for CPSs. Our recent work proposes an approach to testing CPS using control-theoretical design assumptions instead of requirements. This approach circumvents the oracle problem by leveraging the control-theoretical guarantees that are provided when the design assumptions are satisfied. To address the test case generation and oracle problems, researchers have proposed metamorphic testing, which is based on the study of relations across tests, i.e., metamorphic relations (MRs). In this work, we define MRs based on the design assumptions and explore combinations of these MRs using genetic programming to generate CPS test cases. This enables the generation of CPS input traces with potentially arbitrary shapes, together with associated expected output traces. We use the deviation from the expected output traces to guide the generation of input traces that falsify the MRs. Our experiment results show that the MR-falsification provides engineers with new information, helping them identify passed and failed test cases. Furthermore, we show that the generation of traces that falsify the MRs is a non-trivial problem, which is successfully addressed by our genetic search.
- Abstract（参考訳）: CPS(Cyber-Physical Systems)ソフトウェアは、物理的なシステムに望ましい振る舞いを強制するために使用される。
CPSソフトウェアとシステムの物理の相互作用をテストするために、技術者は所望の物理的状態のトレースを提供し、実際の物理的状態のトレースを観察する。
CPSの要件は、実際の物理的トレースがどの程度、望ましいトレースを追跡するべきかを記述している。
これらの要件は通常、ステップやランプシーケンスのような特定の単純な入力トレースに対して定義されており、任意の入力には適用できない。
これにより、CPS用のオラクルの入手が制限される。
我々の最近の研究は、要求ではなく制御理論設計の仮定を用いてCPSをテストするアプローチを提案する。
このアプローチは,設計仮定が満たされたときに提供される制御理論的保証を活用することで,オラクルの問題を回避している。
テストケースの生成とオラクルの問題に対処するために、研究者は、テスト間の関係、すなわちメタモルフィック関係(MR)の研究に基づいて、メタモルフィックテストを提案した。
本研究では,これらのMRを設計仮定に基づいて定義し,遺伝的プログラミングを用いてCPSテストケースを生成する。
これにより、任意の形状のCPS入力トレースと関連する出力トレースを生成することができる。
実験の結果,MR-falsification はエンジニアに新たな情報を提供し,合格したテストケースや失敗したテストケースを識別するのに役立つことがわかった。
さらに、MRを偽装する痕跡の生成は非自明な問題であり、遺伝子探索によってうまく対処できることが示される。
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