想定に漏れた環境変化に対して最大限の機能を維持する実行時モデルフレームワーク

• Project/Area Number: 23K28064
• Project/Area Number (Other): 23H03374 (2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 60050:Software-related
• Research Institution: Institute of Science Tokyo
• Principal Investigator: 鄭 顕志 東京工業大学, 情報理工学院, 准教授 (40434295)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鷲崎 弘宜 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (70350494)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2027-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥18,330,000 (Direct Cost: ¥14,100,000、Indirect Cost: ¥4,230,000); Fiscal Year 2026: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2025: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2024: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2023: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
• Keywords: 自己適応システム / 実行時モデル

Outline of Research at the Start

本研究では「開発時の想定に漏れた環境変化」に対して即応的に適応し，実現可能な最大限の機能を維持するしなやかなソフトウェアシステム をどのように開発するのか，という問いを扱う．オープン環境で動作するソフトウェアシステムの開発では実行環境の変化を開発時に想定し尽 くすことは本質的に困難であり，開発時の想定にのみ頼った従来の開発手法では機能要求に対する保証は失われてしまう．本研究では，想定外 の環境変化をモデルに反映し，変化後の環境下で実現可能な最大限の機能要求を実行時に特定し，その機能要求を満たすことが保証された動作 仕様を実行時合成する実行時モデルフレームワークを提案する．

Outline of Annual Research Achievements

2023年度は実施項目1「実行時に充足可能な安全性・活性の組合せを特定する技術」，および実施項目2「環境差分と要求差分に着目した実行時 の差分動作仕様合成技術の確立」の要素技術確立に取り組んだ．
実施項目1: 実行時に充足可能な安全性・活性の組合せを特定する技術の確立： 開発時に規定された安全性・活性の集合から，変更後の環境モデル下で満たしうる最大の組合せを実行時に高速に特定するアルゴリズムを開発した．具体的には，離散制御器合成内で用いられているゲーム空間上での勝利領域分析を拡張し，従来手法のような全要求の論理和ではなく，個別の要求事に勝利領域を用いることにより，各要求の組み合わせに対する環境変化の影響を効率的に再分析するアルゴリズムを提案した．安全性・活性の組合せ毎に対応する勝利領域を特定することで，現在の状態で満たしうる最大限の組合せを特定する事が可能となる．また，先行研究で構築した環境モデル実行時更新によって更新された環境モデルに対して，勝利領域を高速に再分析することが可能となる．
実施項目2: 環境差分と要求差分に着目した実行時の差分動作仕様合成技術の確立： 更新後の環境モデルにおいて実施項目1の技術によって特定した検証式を満たすことが保証された動作仕様を高速に自動導出する技術を構築した．本項目は離散制御器合成に対し，モデル上の差分に着目した差分合成を扱うよう拡張することで実現した． また，2024年度の第1回評価実験に向けて，実験シナリオの詳細化を行った．具体的には自動運搬ロボットを対象とした実験シナリオを構築し，初期実装を構築した．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の計画通りに進行している．

Strategy for Future Research Activity

当初の計画通り2024年度は2023年度の成果を踏まえて各技術を実装したフレームワークを開発し，初回の評価実験を行う．

Research Products

• [Int'l Joint Research] Peking University/South West University(中国)
• [Int'l Joint Research] Carnegie Mellon University(米国)
• [Int'l Joint Research] University of Sao Paulo(ブラジル)
• [Int'l Joint Research] the University of Athens(ギリシャ)
• [Journal Article] Value Iteration Networks With Gated Summarization Module (2023)
  • Author(s): Cai Jinyu、Li Jialong、Zhang Mingyue、Tei Kenji
  • Journal Title: IEEE Access Volume: 11 Pages: 60407-60420
  • DOI: 10.1109/access.2023.3286729
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Towards a Research Agenda for Understanding and Managing Uncertainty in Self-Adaptive Systems (2023)
  • Author(s): Weyns Danny、Calinescu Radu、Mirandola Raffaela、Tei Kenji、and et.al.,
  • Journal Title: ACM SIGSOFT Software Engineering Notes Volume: 48 Issue: 4 Pages: 20-36
  • DOI: 10.1145/3617946.3617951
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Preference Adaptation: user satisfaction is all you need! (2023)
  • Author(s): Nianyu Li, Mingyue Zhang, Jialong Li, Eunsuk Kang, Kenji Tei
  • Organizer: 18th Symposium on Software Engineering for Adaptive and Self-Managing Systems(SEAMS)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Similarity-based Shield Adaptation under Dynamic Environment (2023)
  • Author(s): Prasanth Senthilvelan, Jialong Li, Kenji Tei
  • Organizer: 2023 3rd IEEE International Conference on Software Engineering and Artificial Intelligence (SEAI)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Pre-controller Synthesis for Runtime Controller Synthesis (2023)
  • Author(s): Yuki Arioka, Takuto Yamauchi, Kenji Tei
  • Organizer: 13th IEEE International Conference on Control Systems, Computing and Engineering (ICCSCE2023)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Stepwise Comparison for Minimizing Controller Makespan (2023)
  • Author(s): Yuki Shimizu, Takanori Hirano, Takuto Yamauchi, Kenji Tei
  • Organizer: 13th IEEE International Conference on Control Systems, Computing and Engineering (ICCSCE2023)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Incremental Reinforcement Learning with Prioritized Sweeping for Traffic Signal Control (2023)
  • Author(s): Gurseerat Kaur Rattan, Zhenyu Mao, Jialong Li, Mingyue Zhang, Kenji Tei
  • Organizer: 2023 IEEE the 8th International Conference on Intelligent Transportation Engineering (ICITE)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Can ChatGPT Obey the Traffic Regulations? Evaluating ChatGPT’s Performance on Driving-license Written Test (2023)
  • Author(s): Shanmin Zhou, Jialong Li, Mingyue Zhang, Daisuke Saito, Hironori Washizaki, Kenji Tei
  • Organizer: 2023 IEEE the 8th International Conference on Intelligent Transportation Engineering (ICITE)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] F'Prism: A Tool for Slicing and Visualizing F’ Software Topologies (2023)
  • Author(s): Jialong Li, Christos Tsigkanos, Toshihide Uubukata, Elisa Yumi Nakagawa, Zhenyu Mao, Nianyu Li, Kenji Tei
  • Organizer: 17th European Conference on Software Architecture (ECSA)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Demonstration of a Real-world Self-adaptive Robot Path-finding using Discrete Controller Synthesis (2023)
  • Author(s): Jialong Li, Takuto Yamauchi, Nianyu Li, Zhengyin Chen, Mingyue Zhang, Takanori Hirano, Kenji Tei
  • Organizer: 4th IEEE International Conference on Autonomic Computing and Self-Organizing Systems (ACSOS)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Designing Visual-auditory Attention-guiding Takeover Request for Semi-autonomous Driving (2023)
  • Author(s): Qinxin Chen, Jialong Li, Justin Kazuya Miyoshi, Kenji Tei
  • Organizer: 13th IEEE International Conference of Consumer Technology in Berlin (ICCE-Berlin)
  • Int'l Joint Research