Stochastic cyber-physical systems (CPS) permeate critical infrastructure, from autonomous vehicles to medical devices. Yet, tools for runtime verification of such systems capturing the probabilistic dynamics in stochastic systems remain generally absent despite theoretical foundations established nearly a decade ago. In this paper, we present SENTIL, a novel runtime verification tool with provable statistical guarantees for the runtime monitoring of requirements expressed as Probabilistic Signal Temporal Logic (PrSTL). SENTIL combines an efficient Rust core with universal ecosystem integration, delivering performance exceeding existing deterministic monitors while providing rigorous probabilistic guarantees through statistical model checking, sequential probability ratio testing, and adaptive rare event estimation. SENTIL employs streaming algorithms for incremental robustness computation, parallel Monte Carlo sampling, and a language-agnostic C-ABI enabling seamless deployment across ROS, Apollo, MATLAB Simulink, and AUTOSAR platforms, and direct integration in C, C++, Python, and Java. To validate the effectiveness of the proposed tool, we validate SENTIL across various scenarios spanning autonomous vehicle monitoring, medical device validation, and biological networks, demonstrating 10-1,000$\times$ performance improvements over existing tools while maintaining provable confidence intervals. SENTIL is open source (\href{https://github.com/sedislab/SENTIL}{\texttt{sedislab/SENTIL}}) and it positions probabilistic runtime verification as a deployable infrastructure for all real-world safety-critical stochastic systems.


翻译:随机信息物理系统(CPS)已渗透至关键基础设施,从自动驾驶汽车到医疗设备。然而,尽管理论奠基已近十年,针对此类系统中概率动态特性进行运行时验证的工具仍普遍缺失。本文提出SENTIL,一种新颖的运行时验证工具,可为表示为概率信号时序逻辑(PrSTL)的规约提供具有可证明统计保证的运行时监控。SENTIL将高效的Rust核心与通用生态系统集成相结合,在提供通过统计模型检验、序贯概率比检验和自适应稀有事件估计实现的严格概率保证的同时,性能超越现有确定性监控器。SENTIL采用增量鲁棒性计算的流式算法、并行蒙特卡洛采样,以及语言无关的C-ABI接口,支持无缝部署于ROS、Apollo、MATLAB Simulink和AUTOSAR平台,并可直接集成至C、C++、Python和Java语言。为验证所提工具的有效性,我们分别在自动驾驶车辆监控、医疗设备验证及生物网络等场景下进行测试,结果表明SENTIL在保持可证明置信区间的前提下,性能较现有工具提升10-1000倍。SENTIL为开源工具(https://github.com/sedislab/SENTIL),其将概率运行时验证定位为所有真实世界安全关键随机系统的可部署基础设施。

0
下载
关闭预览

相关内容

Xsser 一款自动检测XSS漏洞工具
黑白之道
14+阅读 · 2019年8月26日
预知未来——Gluon 时间序列工具包(GluonTS)
ApacheMXNet
24+阅读 · 2019年6月25日
时序异常检测算法概览
论智
29+阅读 · 2018年8月30日
BiSeNet:双向分割网络进行实时语义分割
统计学习与视觉计算组
22+阅读 · 2018年8月23日
NetworkMiner - 网络取证分析工具
黑白之道
16+阅读 · 2018年6月29日
ETP:精确时序动作定位
极市平台
13+阅读 · 2018年5月25日
(Python)时序预测的七种方法
云栖社区
10+阅读 · 2018年2月25日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 5月13日
VIP会员
最新内容
《无人机脆弱性利用:网络空间力量的新域》
专知会员服务
2+阅读 · 今天4:08
美空军如何将人工智能从战场部署至后方机关
专知会员服务
11+阅读 · 7月31日
《史诗怒火行动:多域前瞻评估》49页报告
专知会员服务
7+阅读 · 7月31日
《英国防部:未来空战系统数字化战略》33页
专知会员服务
5+阅读 · 7月31日
《面向自主飞行网络的智能体人工智能架构》
专知会员服务
7+阅读 · 7月31日
“史诗怒火”行动:现代多域作战的重要节点
专知会员服务
8+阅读 · 7月30日
《下一代无线网络中的多无人机通信资源管理》
相关VIP内容
相关资讯
Xsser 一款自动检测XSS漏洞工具
黑白之道
14+阅读 · 2019年8月26日
预知未来——Gluon 时间序列工具包(GluonTS)
ApacheMXNet
24+阅读 · 2019年6月25日
时序异常检测算法概览
论智
29+阅读 · 2018年8月30日
BiSeNet:双向分割网络进行实时语义分割
统计学习与视觉计算组
22+阅读 · 2018年8月23日
NetworkMiner - 网络取证分析工具
黑白之道
16+阅读 · 2018年6月29日
ETP:精确时序动作定位
极市平台
13+阅读 · 2018年5月25日
(Python)时序预测的七种方法
云栖社区
10+阅读 · 2018年2月25日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员