Hardware-Centric Modular Framework for Continuous Testing of Autonomous Cyber-Physical Systems

Martin Skriver

Publikation: AfhandlingPh.d.-afhandling

47 Downloads (Pure)

Abstract

Cyber-Physical Systems (CPS) vinder i stigende grad frem i samfundet fx indenfor transport, intelligente bygninger, droner og robotter. Det er en almenkendt problematik at teste CPS, da de får deres input fra sensorer og opererer i et ukontrolleret miljø, hvilket er udfordrende at simulere i et kontrolleret testmiljø. Forstyrrelser fra enten miljøet eller interne fejl kan potentielt frembringe uacceptabel adfærd af CPS.
   Dette forskningsprojekt adresserer dette specifikke problem indenfor elektromagnetisk interferens (EMI), og beskæftiger sig med at forbedre elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) for CPS herunder Unmanned Aerial Vehicles (UAV’er).
   Det er vores tese, at vi ved at bruge Field-Programmable Gate Arrays (FPGA’er) som indlejrede systemer i et feltforsøg kan optage det logiske niveau af forstyrrelser i interne transmissionslinjer i CPS forårsaget af EMI fra både miljøet og fra immunitetstests, og at vi kan teste softwares fejltolerance ved at injicere disse optagelser ind i en datastrøm p˚a en aktiv transmissionslinje til en kontrolenhed i realtid.
   Dette videnskabelige projekt er baseret p˚a en ny metodologi navngivet Hardware-based EMI Injection for Software Testing (HEIST). HEIST består af et framework, der kan bruges til at teste og indsamle data med henblik på at kunne efterprøve vores tese. HEIST er blevet evalueret gennem eksperimenter, der ved sammenligning af resultater fra test med virkelige EMI transiente forstyrrelser og HEIST viste en næsten identisk fejlrate i transmitteret data. Ydermere har HEIST været anvendt i to eksperimenter til at optage forstyrrelser i transmissionslinjer på en UAV. Først i professionelle EMC test faciliteter, hvor den stationære UAV blev udsat for forstyrrelser fra tre forskellige kilder: elektrostatisk udladning (ESD), induktion og indstråling. Eksperimentet viste at HEIST var i stand til at optage forstyrrelser fra alle testene. Dernæst ved at en flyvende UAV etablerede fysisk kontakt med en 400 kV luftledning. Når UAV’en nærmer sig højspændingsledningen fremkommer strømudladninger gennem lysbuer pga. forskelle i spændingspotentiale. HEIST blev i dette eksperiment brugt til at optage forstyrrelser i UAV’ens interne transmissionslinjer forårsaget af disse udladninger. Disse optagelser kan blive brugt som fejl-injektioner og teste UAV’en for pålidelighed ved operationer nær højspændingsledninger uden at behøve at flyve ind i det støjfyldte miljø.
OriginalsprogEngelsk
Bevilgende institution
  • Syddansk Universitet
Vejledere/rådgivere
  • Sørensen, Anders Stengaard, Hovedvejleder
  • Lundquist, Ulrik Pagh Schultz, Bivejleder
Eksterne samarbejdspartnere
Udgiver
DOI
StatusUdgivet - 23. sep. 2022

Fingeraftryk

Dyk ned i forskningsemnerne om 'Hardware-Centric Modular Framework for Continuous Testing of Autonomous Cyber-Physical Systems'. Sammen danner de et unikt fingeraftryk.
  • HEIST: A Hardware Signal Fault Injection Methodology Enabling Feasible Software Robustness Testing

    Skriver, M., Stengaard, A. & Schultz, U. P., 2021, 2021 24th International Symposium on Design and Diagnostics of Electronic Circuits and Systems (DDECS). Shafique, M., Steininger, A., Sekanina, L., Krstic, M., Stojanovic, G. & Mrazek, V. (red.). IEEE, s. 123-126

    Publikation: Kapitel i bog/rapport/konference-proceedingKonferencebidrag i proceedingsForskningpeer review

  • FORCE Technology

    Skriver, M. (Gæsteforsker)

    20. apr. 202111. maj 2021

    Aktivitet: Gæsteophold ved andre institutioner

Citationsformater