Ashalatha Kunnappilly försvarar sin licentiatuppsats i inbyggda system

Datum: 2019-04-15
Tid: 13.30 - 17.00
Plats: Milos, MDH Västerås

Ashalatha Kunnappilly vid akademin för innovation, design och teknik (IDT), försvarar sin licentiatuppsats i inbyggda system den 15 april klockan 13.30 i sal Milos, MDH Västerås.

Titel: "Formally assured intelligent systems for enhanced ambient assisted living support".

Serienummer: 278.

Betygskommittén utgörs av docent Elena Troubitsyna vid KTH, professor Einar Broch Johnsen vid Univeritetet i Oslo och docent Antonio Cicchetti vid MDH.

Reserv är professor Jan Carlson vid MDH.

Sammanfattning:

Ambient Assisted Living (AAL) lösningar är riktade för att assistera äldre till ett självständigt och säkert leverne. AAL har under det senaste årtiondet fått ett stort uppsving, mycket tack vare framsteg inom informations- och kommunikationsteknologier, Ubiquitous Computing och Internet of Things (IoT). En närmare granskning av nuvarande AAL lösningar visar dock på att dessa framsteg främst levererar endast en eller ett fåtal funktioner, oftast av samma typ, t.ex. (funktioner för att bevaka hälsa). Det finns jämförelsevis mycket färre initiativ som integrerar olika sorters AAL funktioner som falldetektering, påminnelser, brandlarm etc., förutom hälsobevakning till ett gemensamt ramverk som har intelligent beslutsfattande och därmed bättre förutsättning att kombinera flera olika händelser.

I denna avhandling föreslår vi två olika kategorier av AAL ramverksarkitekturer som implementerar användaranpassade funktionaliteter för att adressera ovanstående problem. Den ena kategorin har en centraliserad approach och använder intelligent Decision Support System (DSS). Den andra kategorin har en distribuerad approach och innefattar flera intelligenta agenter. Den centraliserade arkitekturen är vårt förstahandsval på grund av den enkelheten att utveckla genom att kombinera flera funktionaliteter med ett centraliserat DSS som kan utvärdera beroendes mellan flera händelser I real-tid. Genom att addera ytterligare ett redundant DSS har vi även uteslutit den välkända Single Point of Failure problematiken. Skalbarhet, flexibilitet, självläkande förmåga samt åtkomst för flera användare hos vår centraliserade lösning är svårt att uppnå, vilket är anledningen till att vi även presenterar en distribuerad, agentbaserad arkitektur som andrahandslösning som används vid behov. Båda dessa lösningar kommer att användas i säkerhetskritiska applikationer. Lösningarnas designtidsförsäkran, det vill säga att garantin att de uppfylla kan de funktionella krav som ställs samt leverans av nödvändig servicekvalitet är därför fördelaktig.

Vår första lösning är en generisk arkitektur, utformad enligt andra kommersiella AAL-lösningar med sensorer, datasamlare, DSS, säkerhet och integritet, databas (DB) system, användargränssnitt (UI) och Cloud Computing stöd. Vi specificerar denna arkitekturgenom Analysis and Design Language (AADL) via en uppsättning av komponentmönster som vi föreslår. Fördelen med att använda mönster är att de lätt återanvänds när man bygger specifika AAL-arkitekturer. Våra mönster beskriver beteendet hos komponenterna i AADLs beteendeannex och felbeteendet i AADL: s felannex., vi visar även olika instanser av vår generiska modell som kan utvecklas utifrån användarnas krav. Genom att använda hjälp av den toppmoderna modellkontrollen UPPAAL försäkrar vi även att dessa lösningar tillmötesgår de funktionella, tidsmässiga och tillförlitliga kraven Vi använder även en statistisk modellkontrollsteknik genom UPPAAL SMC vilket är en förlängning av UPPAAL modell checker för stokastiska system som används i de fall då en uttömmande verifiering inte är möjlig. Vår andra arkitektur är en agent-baserad arkitektur för AAL-system, där agenter är intelligenta enheter kommunicerar med varandra för att komma fram till beslut om nödvändiga åtgärder. Beslutsfattandet fördelas nu istället mellan agenter och kan användas av flera användare fördelade på flera platser. Denna lösning kräver dock en beskrivning av agenter samt deras interaktion vilket innebär att den befintliga kärnan AADL inte räcker som enda ramverk. Därför föreslår vi en utvidgning till det centrala AADLspråket - Agent Annexet, som har en formell semantik likt Stochastic Transition Systems, vilket gör att vi kan specificera probabilistiska, icke-deterministiska och real-tids system beteenden inom AAL. Vi använder den toppmoderna probabilistiska modellkontrollen PRISM, som gör det möjligt för oss att utföra en probabilistisk, men uttömmande verifiering av vårt multi-agent system. 

Slutligen presenterar vi också en mindre omfattande validering av en arkitektur i den första kategorin, med slutanvändare från tre länder (Rumänien, Polen, Danmark). Detta arbete har utförts med partner från de nämnda länderna.

Vårt arbete i denna avhandling banar väg mot utveckling av användarcentrerade, intelligent ambientassisted lösningar med garanti för servicekvalitet.