| Project/Area Number |
21K11822
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 60050:Software-related
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| Research Institution | Institute of Science Tokyo |
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Principal Investigator |
Watanabe Takuo 東京科学大学, 情報理工学院, 教授 (20222408)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
森口 草介 東京科学大学, 情報理工学院, 助教 (60733409)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | 関数リアクティブプログラミング / サイバーフィジカルシステム / 組込みシステム / プログラミング言語 / マイクロコントローラー / 非同期処理 / 分散処理 / 実時間処理 / 同期的データフローシステム / 逆計算 / 非同期実行 / 分散システム / 対話的処理系 / アクターモデル / 型システム |
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| Outline of Research at the Start |
アクターモデルの考え方を取り入れた関数リアクティブプログラミング(FRP)言語の利用が，サイバーフィジカルシステム(CPS)の実行効率および信頼性の向上に寄与することを明らかにする．
本研究の特色は，非同期通信に基づく並行計算モデルであるアクターモデルを用いてFRP言語の実行系を実現することで，宣言的記述による高信頼CPSの開発支援と，非同期性による高効率な実行の両方を可能にすることにある．これにより，実時間処理や協調・耐故障動作等を副作用のない関数として表現することによる記述性向上と形式的検証の実現，および非同期実行や間欠実行による省電力化と高速化がそれぞれ可能になることを明らかにする．
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| Outline of Final Research Achievements |
This study demonstrates that employing functional reactive programming (FRP) languages enhanced with the Actor model can significantly improve both the execution efficiency and reliability of Cyber-Physical Systems (CPS), which are inherently cooperative and distributed in nature. By leveraging the Actor model in the construction of FRP runtime systems, the proposed approach enables the development of highly reliable CPS through declarative specifications, while simultaneously supporting efficient execution via asynchronous message passing. Furthermore, this approach enhances the expressiveness of CPS applications by modeling system behavior as side-effect-free functions, thereby facilitating formal verification. It also contributes to power efficiency through asynchronous and intermittent execution, and achieves reduced execution time by exploiting parallelism.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
アクターモデルを実行系とする分散関数リアクティブプログラミング(FRP)言語は，関数プログラミングが提供する諸性質（高い可読性と実行効率，形式的扱いの容易さ等）をネットワークで相互接続された組込みシステムの領域に導入するものであり，国内外を通してユニークである．また，状態依存動作の抽象化機構，およびプログラムの使用メモリ量をコンパイル時に保証できる型システムは，いずれも組込みシステムの開発効率と安全性の向上に寄与する．本研究の成果は，IoTやサイバーフィジカルシステムを含む広範な組込みシステムの信頼性と安全性および開発効率の向上に貢献することが期待できる．
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