Deep Neural Networks (DNNs) have been widely used to perform real-world tasks in cyber-physical systems such as Autonomous Driving Systems (ADS). Ensuring the correct behavior of such DNN-Enabled Systems (DES) is a crucial topic. Online testing is one of the promising modes for testing such systems with their application environments (simulated or real) in a closed loop taking into account the continuous interaction between the systems and their environments. However, the environmental variables (e.g., lighting conditions) that might change during the systems' operation in the real world, causing the DES to violate requirements (safety, functional), are often kept constant during the execution of an online test scenario due to the two major challenges: (1) the space of all possible scenarios to explore would become even larger if they changed and (2) there are typically many requirements to test simultaneously. In this paper, we present MORLOT (Many-Objective Reinforcement Learning for Online Testing), a novel online testing approach to address these challenges by combining Reinforcement Learning (RL) and many-objective search. MORLOT leverages RL to incrementally generate sequences of environmental changes while relying on many-objective search to determine the changes so that they are more likely to achieve any of the uncovered objectives. We empirically evaluate MORLOT using CARLA, a high-fidelity simulator widely used for autonomous driving research, integrated with Transfuser, a DNN-enabled ADS for end-to-end driving. The evaluation results show that MORLOT is significantly more effective and efficient than alternatives with a large effect size. In other words, MORLOT is a good option to test DES with dynamically changing environments while accounting for multiple safety requirements.


翻译:深度神经网络(DNN)被广泛用于在诸如自动驾驶系统(ADS)等网络物理系统中执行真实世界任务。确保DNN- Enabled Systems(DES)的正确行为是一个至关重要的主题。在线测试是结合系统及其环境之间的持续互动,在闭路循环中以应用环境(模拟或真实)测试这类系统的有希望的方式之一。然而,在系统在现实世界中运行期间可能改变的环境变量(如照明条件),导致DES违反要求(安全、功能),在实施在线测试情景期间,往往保持不变。由于两大挑战:(1) 所有可能的情景如果改变,将变得更加大范围探索空间更大;(2) 通常有许多同时测试要求。 在本文中,我们介绍MORLOT(用于在线测试的Man-Obtive强化学习),一种应对这些挑战的新型在线测试方法,将强化学习(RL)和许多目标搜索结果相结合。 MOL将RL用于快速搜索,同时将RL用于快速搜索,而我们则将快速地显示快速搜索。

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