%0 Thesis
%4 sid.inpe.br/mtc-m21c/2019/05.21.13.10
%2 sid.inpe.br/mtc-m21c/2019/05.21.13.10.03
%T Abordagem sistemática de testes de software comunicante embarcado em nanosatélites com foco em falhas de interoperabilidade
%J Systematic testing approach of communicating software embedded in nanosatellites focusing on interoperability faults
%D 2019
%8 2019-05-30
%9 Tese (Doutorado em Engenharia e Gerenciamento de Sistemas Espaciais)
%P 357
%A Conceição, Carlos Augusto Paiva Lameirinhas da,
%E Dos Santos, Walter Abrahão (presidente),
%E Mattiello-Franscisco, Maria de Fátima (orientadora),
%E Montecchi, Leonardo (orientador),
%E Ambrosio, Ana Maria,
%E Durão, Otávio Santos Cupertino,
%E Bizarria, Francisco Carlos Parquet,
%E Villani, Emília,
%I Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
%C São José dos Campos
%K Cubesat, dependabilidade, interoperabilidade, robustez, tratamento de falha, Cubesat, dependability, interoperability, robustness, treatment of fault.
%X Os estudos desenvolvidos nesta tese apresentam uma abordagem sistemática de testes de software comunicante embarcado em nanosatélite com foco em tratamento de falhas de interoperabilidade. A abordagem destina-se a identificar e evitar falhas entre subsistemas comunicantes no início do processo de verificação e validação (V&V) de missões espaciais de baixo custo e curto ciclo de desenvolvimento, tais como as missões de satélites de pequeno porte que utilizam o padrão Cubesat. As plataformas Cubesats são uma evolução no setor espacial permitindo levar em órbita cargas úteis científicas e inovadoras a baixo custo. Entretanto, o baixo orçamento e tempo de desenvolvimento reduzido comprometem o processo de V&V, penalizando a qualidade requerida na realização dos testes de integração dos subsistemas de carga útil desses satélites. Considerando o fato de as funcionalidades dos sistemas embarcados implementadas por software serem crescentes, a abordagem apresenta um Sistema de Teste com Arquitetura Escalável (STAE) para apoiar o processo de V&V na integração de subsistemas embarcados intensivos em software. A abordagem apresentada nesta pesquisa de tese visa antecipar, no processo de desenvolvimento de nanosatélites, possíveis falhas de interação da plataforma com suas cargas úteis e facilita a reutilização da arquitetura de teste em diferentes fases de uma mesma missão ou em satélites da mesma família, por meio da aplicação combinada das abordagens "Model-Driven Engineering" e "Model-Based Testing". O método desenvolvido sistematiza: i) a concepção de modelos comportamentais de subsistemas comunicantes buscando verificar os requisitos de interoperabilidade dos subsistemas por meio da validação dos modelos (MIL - Model-in-the-loop), ii) a geração automática de código computacional a partir dos modelos validados, por ferramentas MDE, permitindo a verificação dos requisitos de interoperabilidade em ambiente simulado, com o uso do barramento de comunicação real (SIL - Software-inthe- loop), iii) a evolução dos modelos para que casos de testes abstratos possam ser gerados por ferramentas MBT, iv) a execução de casos de testes para validar os subsistemas reais (HIL - Hardware-in-the-loop) na fase de integração, e v) a possibilidade de injetar falhas por meio de um Mecanismo Emulador de Falhas (FEM), o qual permite testar a interação dos subsistemas reais em termos de requisitos de robustez especificados. Para auxiliar na especificação de requisitos de robustez, a abordagem apresentada utiliza uma planilha de dependabilidade, que aplica os conceitos da árvore de dependabilidade e análise causa-efeito para mitigações de falha. Para demonstrar sua efetividade, a abordagem desenvolvida no âmbito desta tese foi aplicada na V&V da interoperabilidade dos subsistemas intensivos em software embarcados no nanosatélite NanosatC-BR2, em desenvolvimento no INPE. Os testes de interação foram realizados nos subsistemas Computador de Bordo e a carga útil 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 nanosatélite 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.
%@language pt
%3 publicacao.pdf