Autonomous air traffic management (ATM) operations for urban air mobility (UAM) will necessitate the use of distributed protocols for decentralized coordination between aircraft. As UAM operations are time-critical, it will be imperative to have formal guarantees of progress for the distributed protocols used in ATM. Under asynchronous settings, message transmission and processing delays are unbounded, making it impossible to provide deterministic bounds on the time required to make progress. We present an approach for formally guaranteeing timely progress in a Two-Phase Acknowledge distributed knowledge propagation protocol by probabilistically modeling the delays using theories of the Multicopy Two-Hop Relay protocol and the M/M/1 queue system. The guarantee states a probabilistic upper bound to the time for progress as a function of the probabilities of the total transmission and processing delays being less than two given values. We also showcase the development of a library of formal theories, that is tailored towards reasoning about timely progress in distributed protocols deployed in airborne networks, in the Athena proof assistant.


翻译:城市空中机动性自动空中交通管理(ATM)业务将需要使用分布式协议来分散飞机之间的协调。由于UAM业务是时间紧迫的,因此必须正式保证自动取款机所用分布式协议的进展。在非同步的环境下,电文传输和处理延误是没有限制的,因此不可能在取得进展所需的时间里提供决定性的界限。我们提出了一个办法,正式保证在分两个阶段确认的传播知识协议中及时取得进展,方法是利用多拷贝双倍重置协议和M/M/1排队系统的理论来对延误进行模拟。保证在取得进展的时间内具有最高概率,因为完全传输和处理延误的概率低于两种给定值。我们还展示了正式理论图书馆的发展,该图书馆是针对在Athena验证助理的机载网络上部署的分布式协议的及时进展进行推理的。

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