Cyber-physical systems combine software and physical components. Specification-driven trace-checking tools for CPS usually provide users with a specification language to express the requirements of interest, and an automatic procedure to check whether these requirements hold on the execution traces of a CPS. Although there exist several specification languages for CPS, they are often not sufficiently expressive to allow the specification of complex CPS properties related to the software and the physical components and their interactions. In this paper, we propose (i) the Hybrid Logic of Signals (HLS), a logic-based language that allows the specification of complex CPS requirements, and (ii) ThEodorE, an efficient SMT-based trace-checking procedure. This procedure reduces the problem of checking a CPS requirement over an execution trace, to checking the satisfiability of an SMT formula. We evaluated our contributions by using a representative industrial case study in the satellite domain. We assessed the expressiveness of HLS by considering 212 requirements of our case study. HLS could express all the 212 requirements. We also assessed the applicability of ThEodorE by running the trace-checking procedure for 747 trace-requirement combinations. ThEodorE was able to produce a verdict in 74.5% of the cases. Finally, we compared HLS and ThEodorE with other specification languages and trace-checking tools from the literature. Our results show that, from a practical standpoint, our approach offers a better trade-off between expressiveness and performance.

中文翻译：

---

跟踪检查 CPS 属性：弥合网络物理差距

网络物理系统结合了软件和物理组件。用于 CPS 的规范驱动的跟踪检查工具通常为用户提供一种规范语言来表达感兴趣的需求，以及一个自动程序来检查这些需求是否保留在 CPS 的执行跟踪上。尽管存在多种 CPS 规范语言，但它们通常没有足够的表达能力来允许与软件和物理组件及其交互相关的复杂 CPS 属性的规范。在本文中，我们提出 (i) 信号混合逻辑 (HLS)，一种基于逻辑的语言，允许规范复杂的 CPS 要求，以及 (ii) ThEodorE，一种高效的基于 SMT 的跟踪检查程序。此过程减少了通过执行跟踪检查 CPS 要求的问题，检查 SMT 公式的可满足性。我们通过在卫星领域使用具有代表性的工业案例研究来评估我们的贡献。我们通过考虑案例研究的 212 个要求来评估 HLS 的表达能力。HLS 可以表达所有 212 项要求。我们还通过对 747 种跟踪要求组合运行跟踪检查程序来评估 ThEodorE 的适用性。TheEodorE 能够在 74.5% 的案件中做出判决。最后，我们将 HLS 和 ThEodorE 与其他规范语言和文献中的跟踪检查工具进行了比较。我们的结果表明，从实用的角度来看，我们的方法在表现力和性能之间提供了更好的权衡。我们通过在卫星领域使用具有代表性的工业案例研究来评估我们的贡献。我们通过考虑案例研究的 212 个要求来评估 HLS 的表达能力。HLS 可以表达所有 212 项要求。我们还通过对 747 种跟踪要求组合运行跟踪检查程序来评估 ThEodorE 的适用性。TheEodorE 能够在 74.5% 的案件中做出判决。最后，我们将 HLS 和 ThEodorE 与其他规范语言和文献中的跟踪检查工具进行了比较。我们的结果表明，从实用的角度来看，我们的方法在表现力和性能之间提供了更好的权衡。我们通过在卫星领域使用具有代表性的工业案例研究来评估我们的贡献。我们通过考虑案例研究的 212 个要求来评估 HLS 的表达能力。HLS 可以表达所有 212 项要求。我们还通过对 747 种跟踪要求组合运行跟踪检查程序来评估 ThEodorE 的适用性。TheEodorE 能够在 74.5% 的案件中做出判决。最后，我们将 HLS 和 ThEodorE 与其他规范语言和文献中的跟踪检查工具进行了比较。我们的结果表明，从实用的角度来看，我们的方法在表现力和性能之间提供了更好的权衡。我们还通过对 747 种跟踪要求组合运行跟踪检查程序来评估 ThEodorE 的适用性。TheEodorE 能够在 74.5% 的案件中做出判决。最后，我们将 HLS 和 ThEodorE 与其他规范语言和文献中的跟踪检查工具进行了比较。我们的结果表明，从实用的角度来看，我们的方法在表现力和性能之间提供了更好的权衡。我们还通过对 747 种跟踪要求组合运行跟踪检查程序来评估 ThEodorE 的适用性。TheEodorE 能够在 74.5% 的案件中做出判决。最后，我们将 HLS 和 ThEodorE 与其他规范语言和文献中的跟踪检查工具进行了比较。我们的结果表明，从实用的角度来看，我们的方法在表现力和性能之间提供了更好的权衡。