To mitigate the high energy demand of Neural Network (NN) based Autonomous Driving Systems (ADSs), we consider the problem of offloading NN controllers from the ADS to nearby edge-computing infrastructure, but in such a way that formal vehicle safety properties are guaranteed. In particular, we propose the EnergyShield framework, which repurposes a controller ''shield'' as a low-power runtime safety monitor for the ADS vehicle. Specifically, the shield in EnergyShield provides not only safety interventions but also a formal, state-based quantification of the tolerable edge response time before vehicle safety is compromised. Using EnergyShield, an ADS can then save energy by wirelessly offloading NN computations to edge computers, while still maintaining a formal guarantee of safety until it receives a response (on-vehicle hardware provides a just-in-time fail safe). To validate the benefits of EnergyShield, we implemented and tested it in the Carla simulation environment. Our results show that EnergyShield maintains safe vehicle operation while providing significant energy savings compared to on-vehicle NN evaluation: from 24% to 54% less energy across a range of wireless conditions and edge delays.


翻译:为了减轻以神经网络为基础的自动驾驶系统(ADS)的高能源需求,我们考虑了将NN控制器从ADS卸下到附近的边缘计算基础设施的问题,但这样做可以保证正式的车辆安全性能。特别是,我们提议了能源安全框架,将控制器“屏蔽”重新用作ADS车辆低功率运行时间安全监视器。具体地说,能源安全屏蔽不仅提供了安全干预,而且提供了在车辆安全受损之前基于国家对可容忍边缘反应时间的正式量化。使用Energy Shield,ADS然后可以通过无线卸载NNN的计算到边缘计算机来节省能源,同时在得到响应之前仍保持正式的安全保障(汽车硬件提供及时故障安全)。为了验证SHID的效益,我们在卡拉模拟环境中实施并测试了这一安全防护装置。我们的结果显示,与车辆NNNEWER公司相比,在提供显著的节能节省的同时,保持了安全的车辆操作,同时提供了大量节能。从24 %到54 %的能源延迟范围。

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