M2C2-4: Codiseño de Sistemas de Control con Criticidad Mixta Basado en Misiones

Hipersectores

Áreas de investigación

Fecha Inicio: 01/01/2015

Fecha Fin:  30/09/2018

Referencia: TIN2014-56158-C4-4-P-AR

Entidad financiadora: Proyecto RETOS I+D+I. Ministerio de Economía y Competitividad

Participantes ai2: Albertos Pérez, Pedro

El proyecto tiene como objetivo contribuir mediante métodos y técnicas al desarrollo de sistemas ciber-físicos sobre plataformas multinúcleo que soporten la ejecución de aplicaciones con restricciones temporales, como aplicaciones de control, y con distintos niveles de criticidad. El proyecto aborda tanto la definición de las capas de software que configuran la arquitectura del sistema (incluyendo la plataforma de ejecución) como los métodos y herramientas para el diseño, análisis y despliegue del sistema. Se parte de un enfoque de ingeniería dirigida por modelos, y se pretende desarrollar sistemas con subsistemas o aplicaciones de distintos niveles de criticidad. En este sentido, se espera facilitar la eventual certificación individual de los subsistemas que así lo requieran.

El enfoque que se propone está basado en el concepto de arquitectura particionada con máquinas virtuales, de forma que los subsistemas de distintos niveles de criticidad puedan ejecutarse en distintas máquinas virtuales o particiones. El hipervisor que implementa este concepto debe asegurar el aislamiento entre las particiones tanto en el dominio del tiempo como en el espacio de almacenamiento, para garantizar que los posibles errores en los componentes menos críticos no se propagan a los más críticos ni perturban su correcta ejecución.

La extensión de esta idea a plataformas multinúcleo es una aportación fundamental de este proyecto. Las interferencias que se producen en estos sistemas al acceder a recursos de hardware compartidos dificultan el aislamiento entre los procesos que se ejecutan en distintos núcleos. En el proyecto se analizarán los distintos tipos de interferencia y se investigarán las técnicas más adecuadas para limitar su efecto, así como los métodos de planificación más adecuados para este tipo de sistemas.

En el proyecto se abordarán también los aspectos metodológicos relacionados con el modelado, diseño y realización de sistemas ciber-físicos, y se realizará un prototipo de entorno integrado con herramientas de análisis y diseño de sistemas. Los aspectos de control son muy importantes en los sistemas ciber-físicos, por lo que se dedicará un esfuerzo particular a analizar su repercusión en el diseño y se desarrollarán herramientas específicas para ello.

Los resultados del proyecto se aplicarán a dos casos de estudio para comprobar su validez industrial. Se han seleccionado para ello un avión no tripulado con pilotaje remoto (RPAS) y el software embarcado en el satélite universitario UPMSat2.

Objetivos del subproyecto:

1. Analizar y proponer soluciones para los problemas de retardos, muestreo no regular y subdivisión de las tareas de control en sistemas distribuidos con recursos limitados de cómputo y sistemas de comunicación, teniendo en cuenta la evolución del sistema en entornos con incertidumbre.
2. Modelar e implementar algoritmos de control reactivo que permitan responder a situaciones cambiantes en el entorno del sistema a controlar adaptando los objetivos, la información y los recursos utilizados y proporcionando seguridad de funcionamiento (núcleo de control).
3. Extensión del modelo de aplicación de control a “Sistemas Basados en el Comportamiento” incluyendo los conceptos de “misión” del sistema, “estado motivacional” y “comportamientos” primitivos.
4. Obtener técnicas que permitan la integración de información proveniente de múltiples sensores e implementarlos sobre las plataformas propuestas en los casos de uso.
5. Contribuir en la definición de un entorno de desarrollo y ejecución fiable de aplicaciones de control expresadas como sistemas basados en el comportamiento.
6. Definir la relación entre el “estado motivacional”, los modos sensoriales, la distribución de actividades computacionales y los recursos disponibles para establecer un posible nuevo marco de optimización.
7. Utilización de “sistemas particionados” como mecanismo de garantía de ejecución fiable.
8. Extensión del Middleware de núcleo de control para la aplicación de los resultados del proyecto.
9. Desarrollo de los casos de estudio.


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