The phenomenon of cooperation among independent systems to achieve common goals has been growing. In this regard, the concept of system of systems (SoS), wherein numerous independent systems cooperate with each other, has been proposed. The key characteristic of an SoS is the operational and managerial (O/M) independence of each constituent system (CS). Each CS of an SoS with high O/M independence provides different levels of internal-knowledge sharing and is entitled to voluntary participation in the SoS (i.e., dynamic reconfiguration). To increase goal-achievement rate, we need to verify SoS considering the knowledge-sharing and dynamic reconfiguration constraints.
The dynamic reconfiguration of SoSs can be managed using continuous verification, which involves environment monitoring, modeling systems for operation in changing environments, and verifying the model runtimes. However, O/M independence introduces the following challenges: (1) the low knowledge-sharing level causes inaccurate modeling, which leads to inaccurate verification results, and (2) dynamic reconfiguration requires frequent re-verification at runtime, which incurs high verification costs.
In this paper, we propose a continuous-verification-of-SoS (CVSoS) approach to solve these two challenges. To address the low knowledge-sharing level, we propose the collaborative and acknowledged MAPE-K patterns. The key to MAPE-K patterns is the retrieval of knowledge from the other collaborating CSs. To address dynamic reconfiguration, we propose a new slicing algorithm for SoS models. This algorithm promotes synchronization dependence, which is essential for representing interactions between CSs. Furthermore, we demonstrate the accuracy of this algorithm.
We evaluated CVSoS across multiple SoS domains, which revealed that the SoS goal-achievement rate increases using the collaborative and acknowledged MAPE-K patterns and that slicing the benchmark and SoS models improved the verification time.
독립적이고 자율적인 시스템으로 구성된 소프트웨어 집약 시스템 오브 시스템즈는 하나의 시스템으로는 달성할 수 없는 상위 수준의 목표 달성을 위해 등장했다. 시스템 오브 시스템즈의 주요 특징은 각 구성 시스템의 운영 및 관리 독립성을 갖는다는 것이다. 운영 및 관리의 독립성이 높은 SoS의 각 CS는 서로 다른 수준의 내부 지식 공유를 제공하며 SoS에 자발적으로 참여하고, 변화에 능동적으로 대응한다. 이와 같은 대응으로 인해 전체 시스템 오브 시스템즈는 동적으로 재구성된다. 시스템 오브 시스템즈의 목표 달성률을 높이려면 지식 공유 및 동적 재구성 제약 조건을 고려하여 SoS를 검증해야 한다.
시스템 오브 시스템즈의 동적 재구성은 환경 모니터링, 변화하는 환경에서의 운영을 위한 모델링 시스템, 모델 런타임 검증을 포함하는 지속적인 검증을 사용하여 관리할 수 있다. 그러나 운영 및 관리의 독립성은 (1) 낮은 지식 공유 수준으로 인해 부정확한 모델링이 발생하여 부정확한 검증 결과가 발생하고, (2) 동적 재구성으로 인해 런타임 시 빈번한 재검증이 필요하여 높은 검증 비용이 발생한다.
이 논문에서는 이러한 두 가지 문제를 해결하기 위해 시스템 오브 시스템즈를 위한 지속적 검증 접근 방식을 제안한다. 첫째로, 낮은 지식 공유 수준을 해결하기 위해 시스템 오브 시스템즈 타입에 따라 collaborative와 acknowledged MAPE-K 패턴들을 제안한다. MAPE-K 패턴들의 핵심은 다른 구성 시스템들의 지식을 모니터링하고 수집하는 것이다. 둘째로, 동적 재구성을 해결하기 위해 시스템 오브 시스템즈 모델에 대한 새로운 슬라이싱 알고리즘을 제안한다. 이 알고리즘은 구성 시스템간의 상호 작용을 나타내는 데 필수적인 동기화 종속성을 고려하여 모델을 분석한다. 우리는 제안한 알고리즘의 정확성을 증명한다.
여러 시스템 오브 시스템즈 도메인에서 시스템 오브 시스템즈를 위한 지속적 검증 접근 방식을 평가한 결과, collaborative와 acknowledged MAPE-K 패턴들을 사용하면 시스템 오브 시스템즈의 목표 달성률이 증가한다는 것을 보였다. 또한, 벤치마크 및 시스템 오브 시스템즈 모델을 제안된 기법으로 슬라이싱하면 검증 효율이 개선되는 것으로 나타났다.
