Runtime monitoring plays a key role in the assurance of modern intelligent cyber-physical systems, which are frequently data-intensive and safety-critical. While graph queries can serve as an expressive yet formally precise specification language to capture the safety properties of interest, there are no timeliness guarantees for such auto-generated runtime monitoring programs, which prevents their use in a real-time setting. While worst-case execution time (WCET) bounds derived by existing static WCET estimation techniques are safe, they may not be tight as they are unable to exploit domain-specific (semantic) information about the input models. This paper presents a semantic-aware WCET analysis method for data-driven monitoring programs derived from graph queries. The method incorporates results obtained from low-level timing analysis into the objective function of a modern graph solver. This allows the systematic generation of input graph models up to a specified size (referred to as witness models) for which the monitor is expected to take the most time to complete. Hence the estimated execution time of the monitors on these graphs can be considered as safe and tight WCET. Additionally, we perform a set of experiments with query-based programs running on a real-time platform over a set of generated models to investigate the relationship between execution times and their estimates, and compare WCET estimates produced by our approach with results from two well-known timing analyzers, aiT and OTAWA.


翻译:运行时间监测在保证现代智能网络物理系统方面发挥着关键作用,这些系统往往是数据密集型和安全临界的,虽然图表查询可以作为一种表达式但正式精确的规格语言,以捕捉感兴趣的安全特性,但这种自动生成的运行时间监测程序没有及时的保证,从而无法在实时环境下使用。虽然现有静态网络通信技术估计技术得出的最坏情况执行时间(WCET)的界限是安全的,但它们可能不是紧凑的,因为它们无法利用关于输入模型的域(机密)信息。本文为图表查询产生的数据驱动的监测程序提供了一种语义化的WCET分析方法。该方法将低级别时间分析的结果纳入现代图形求解器的客观功能中。这样可以系统地生成出一定规模的输入图表模型模型(称为证人模型),而监测工作预计将花费大部分时间来完成。因此,这些图表上监测器的已知执行时间可以被视为安全而紧凑的WCETET。此外,我们用一个基于查询时间的模型来进行一系列实验,对基于查询时间的模型进行分析,然后用一种基于实时的模型来进行实时分析。

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