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 other and with humans. Nodes can join and leave the network at any time or they can move to different spatial locations. In this scenario, monitoring spatial and temporal properties plays a key role in the understanding of how complex behaviors can emerge from local and dynamic interactions. We revisit 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 include attributes modeling 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 qualitative and quantitative semantics based on constraint semiring algebraic structure. 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( 网络- 网络- 网络- 系统) 由相互交错的计算( 网络) 和物理组件组成, 通过传感器和( 或) 驱动器进行互动。 计算元件在每个尺度上联网, 并且能够相互交流和与人进行交流。 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。 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。 我们在这里重新审视 Spatio- Temortal Aach and Escape Locic( STEL), 这是一种基于逻辑的正式语言语言, 旨在表达和监测执行移动和空间分布的CPS 的 Smal- 时间- 时间要求。 STREL 考虑将CPS 实体( 图表的节点) 安排为代表其动态地貌结构的加权图表。 两个节点和边缘都包括可以建模的物理和逻辑量的属性模型。 STREL 逻辑和两个空间模式, 到达和逃离在加权图表上运行的空域- 。 从这些基本的操作的网络- 运行者, 我们从这些基本的操作者可以展示一个空间- 展示到一个空间- 质量- 质量- 系统- 以显示一个空间- 质量- 系统- 系统- 系统- 系统- 结构 以我们 展示一个空间- 以 向另一个展示一个空间- 向一个空间- 展示到一个空间- 的模型 以我们提供一种在某处- 的模型 向 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 向 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以