Cyber-Physical Systems (CPS) consist of inter-wined computational (cyber) and physical components interacting through sensors and/or actuators. Computational elements are networked at every scale and can communicate with each others and with humans. Nodes can join and leave the network at any time or they can move to different spatial locations. %operating at multiple spatial and temporal scales. In this scenario, monitoring spatial and temporal properties plays a key role in understanding of how complex behaviors can emerge from local and dynamic interactions. We propose here the Spatio-Temporal Reach and Escape Logic, (STREL), a logic-based formal language designed to express and monitor spatio-temporal requirements over the execution of mobile and spatially distributed CPS. STREL considers the physical space in which CPS entities (nodes of the graph) are arranged as a weighted graph representing their dynamic topological configuration. Both nodes and edges have attributes modelling physical and logical quantities that can evolve over time. STREL combines the Signal Temporal Logic with two spatial modalities reach and escape that operate over the weighted graph. From these basic operators, we can derive other important spatial modalities such as everywhere, somewhere and surround. We propose both a qualitative and quantitative semantics based on constraint semirings, an algebraic structure suitable for constraint satisfaction and optimisation. We provide an offline monitoring algorithm for STREL and we show the feasibility of our approach with the application to two case studies: monitoring spatio-temporal requirements over a simulated mobile ad-hoc sensor network and a simulated epidemic spreading model for COVID19.
翻译:网络- 网络- 物理系统( CPS) 由相互交错的计算( cyber) 和物理组件组成, 通过传感器和( 或) 启动器进行互动。 计算元件在每种规模上联网, 并且能够与彼此和人类进行交流。 节点可以随时加入和离开网络, 或者可以移动到不同的空间位置。% 以多种空间和时间尺度运行。 在此情况下, 监测空间和时间属性在理解当地和动态互动如何产生复杂行为方面发挥着关键作用。 我们在此提议 Spatio- 时间定位和扩展逻辑( STREL), 一种基于逻辑的正式语言语言语言, 旨在表达和监测移动和空间分布的 CPS 。 STREL 认为, CPS 实体( 图表的节点) 是一个代表其动态表层配置的加权图表。 节点和边缘都具有属性模拟物理和逻辑特性, STREL 将信号- 时间定位和 逻辑 逻辑 逻辑 逻辑 (STEL), 以及两种基于 空间- 空间- 逻辑 逻辑 逻辑 逻辑 格式应用的正式语言应用 格式和 格式 格式, 表达和 运行者, 将 向和 展示一个基于 方向 方向 方向 运行一个基于 方向 方向 方向, 我们 运行一个重要 和 方向, 我们展示一个重要 和 方向 方向 方向 方向,,, 方向 方向 运行一个,, 方向, 显示一个基于 方向 方向 和 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 和 方向 方向 运行,,,,, 我们,, 方向 方向,, 方向 方向, 我们,,,, 我们 和,, 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 和 方向 方向 方向 和 和, 方向,,,,,,,, 方向, 运行, 运行 运行, 运行 运行,, 运行 运行 运行 运行 运行 运行 运行