@PhDThesis{Conceição:2019:AbSiTe,
author = "Concei{\c{c}}{\~a}o, Carlos Augusto Paiva Lameirinhas da",
title = "Abordagem sistem{\'a}tica de testes de software comunicante
embarcado em nanosat{\'e}lites com foco em falhas de
interoperabilidade",
school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
year = "2019",
address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
month = "2019-05-30",
keywords = "Cubesat, dependabilidade, interoperabilidade, robustez, tratamento
de falha, Cubesat, dependability, interoperability, robustness,
treatment of fault.",
abstract = "Os estudos desenvolvidos nesta tese apresentam uma abordagem
sistem{\'a}tica de testes de software comunicante embarcado em
nanosat{\'e}lite com foco em tratamento de falhas de
interoperabilidade. A abordagem destina-se a identificar e evitar
falhas entre subsistemas comunicantes no in{\'{\i}}cio do
processo de verifica{\c{c}}{\~a}o e valida{\c{c}}{\~a}o
(V\&V) de miss{\~o}es espaciais de baixo custo e curto ciclo de
desenvolvimento, tais como as miss{\~o}es de sat{\'e}lites de
pequeno porte que utilizam o padr{\~a}o Cubesat. As plataformas
Cubesats s{\~a}o uma evolu{\c{c}}{\~a}o no setor espacial
permitindo levar em {\'o}rbita cargas {\'u}teis
cient{\'{\i}}ficas e inovadoras a baixo custo. Entretanto, o
baixo or{\c{c}}amento e tempo de desenvolvimento reduzido
comprometem o processo de V\&V, penalizando a qualidade requerida
na realiza{\c{c}}{\~a}o dos testes de integra{\c{c}}{\~a}o dos
subsistemas de carga {\'u}til desses sat{\'e}lites. Considerando
o fato de as funcionalidades dos sistemas embarcados implementadas
por software serem crescentes, a abordagem apresenta um Sistema de
Teste com Arquitetura Escal{\'a}vel (STAE) para apoiar o processo
de V\&V na integra{\c{c}}{\~a}o de subsistemas embarcados
intensivos em software. A abordagem apresentada nesta pesquisa de
tese visa antecipar, no processo de desenvolvimento de
nanosat{\'e}lites, poss{\'{\i}}veis falhas de
intera{\c{c}}{\~a}o da plataforma com suas cargas {\'u}teis e
facilita a reutiliza{\c{c}}{\~a}o da arquitetura de teste em
diferentes fases de uma mesma miss{\~a}o ou em sat{\'e}lites da
mesma fam{\'{\i}}lia, por meio da aplica{\c{c}}{\~a}o
combinada das abordagens {"}Model-Driven Engineering{"} e
{"}Model-Based Testing{"}. O m{\'e}todo desenvolvido sistematiza:
i) a concep{\c{c}}{\~a}o de modelos comportamentais de
subsistemas comunicantes buscando verificar os requisitos de
interoperabilidade dos subsistemas por meio da
valida{\c{c}}{\~a}o dos modelos (MIL - Model-in-the-loop), ii) a
gera{\c{c}}{\~a}o autom{\'a}tica de c{\'o}digo computacional a
partir dos modelos validados, por ferramentas MDE, permitindo a
verifica{\c{c}}{\~a}o dos requisitos de interoperabilidade em
ambiente simulado, com o uso do barramento de
comunica{\c{c}}{\~a}o real (SIL - Software-inthe- loop), iii) a
evolu{\c{c}}{\~a}o dos modelos para que casos de testes
abstratos possam ser gerados por ferramentas MBT, iv) a
execu{\c{c}}{\~a}o de casos de testes para validar os
subsistemas reais (HIL - Hardware-in-the-loop) na fase de
integra{\c{c}}{\~a}o, e v) a possibilidade de injetar falhas por
meio de um Mecanismo Emulador de Falhas (FEM), o qual permite
testar a intera{\c{c}}{\~a}o dos subsistemas reais em termos de
requisitos de robustez especificados. Para auxiliar na
especifica{\c{c}}{\~a}o de requisitos de robustez, a abordagem
apresentada utiliza uma planilha de dependabilidade, que aplica os
conceitos da {\'a}rvore de dependabilidade e an{\'a}lise
causa-efeito para mitiga{\c{c}}{\~o}es de falha. Para demonstrar
sua efetividade, a abordagem desenvolvida no {\^a}mbito desta
tese foi aplicada na V\&V da interoperabilidade dos subsistemas
intensivos em software embarcados no nanosat{\'e}lite
NanosatC-BR2, em desenvolvimento no INPE. Os testes de
intera{\c{c}}{\~a}o foram realizados nos subsistemas Computador
de Bordo e a carga {\'u}til denominada Sonda de Langmuir. Os
resultados obtidos proporcionaram o tratamento de falhas durante o
processo de V\&V de sistemas intensivos em software embarcados do
nanosat{\'e}lite NanosatC-BR2. ABSTRACT: The studies developed in
this thesis present a systematic testing approach of communicating
software embedded in nanosatellites focusing on the treatment of
interoperability faults. The approach is intended to support the
verification and validation (V\&V) process of low-cost space
missions, which have short development cycle, such as small
satellite missions based on the Cubesat standard. The Cubesats
platforms are an evolution in the space sector, allowing to bring
into the orbit scientific and innovative payloads at low cost.
However, low budget and low development time compromise the V\&V
process, penalizing the quality required to perform the
integration tests of the payload subsystems of these satellites.
Considering the fact that the functionalities of the embedded
systems implemented by software are increasing, the approach
introduces a Scalable Architecture Test System (STAE) to support
the V\&V process in the integration of embedded software
intensive subsystems. The approach proposed in this research
thesis aims to anticipate, in the nanosatellite development
process, common faults related to the satellite platform
interaction with its payloads. Moreover, it facilitates the reuse
of the test architecture in different phases of the same mission
or in satellites of the same family, through the combined
application of the Model-Driven Engineering and Model-Based
Testing tools. The developed approach systematizes: i) the design
of behavioral models of communicating subsystems in order to
verify the subsystem interoperability requirements through model
validation (MIL - Model-in-the-loop), ii) the automatic generation
of computational code from the validated models, by MDE tools,
allowing the verification of interoperability requirements in a
simulated environment, with the use of the SIL
(Software-in-the-loop), since the generated codes are embedded in
STAE components, (iii) the evolution of models so that abstract
test cases can be generated by MBT tools, iv) the execution of
test cases to validate the real subsystems (HIL -
Hardware-in-theloop) in the integration phase, and v) the
possibility of injecting faults through a Fault Emulator Mechanism
(FEM), which allows testing the interaction of the actual
subsystems in terms of specified robustness requirements. To
support the specification of robustness requirements, the proposed
approach uses a dependability worksheet, which applies the
concepts of the dependability tree and cause-and-effect analysis
for fault mitigations. In order to demonstrate the approach
effectiveness, it was applied in the V\&V of the software
interoperability embedded into the NanosatC-BR2 nanosatellite,
under development at INPE. The interactions between the On-board
Computer subsystem and the payload called the Langmuir Probe were
the testing target. The results obtained allowed to anticipate the
treatment of faults during the V\&V process of the software
intensive systems embedded in the NanosatC-BR2 nanosatellite.",
committee = "Dos Santos, Walter Abrah{\~a}o (presidente) and
Mattiello-Franscisco, Maria de F{\'a}tima (orientadora) and
Montecchi, Leonardo (orientador) and Ambrosio, Ana Maria and
Dur{\~a}o, Ot{\'a}vio Santos Cupertino and Bizarria, Francisco
Carlos Parquet and Villani, Em{\'{\i}}lia",
englishtitle = "Systematic testing approach of communicating software embedded in
nanosatellites focusing on interoperability faults",
language = "pt",
pages = "357",
ibi = "8JMKD3MGP3W34R/3TBGC2H",
url = "http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP3W34R/3TBGC2H",
targetfile = "publicacao.pdf",
urlaccessdate = "29 mar. 2024"
}