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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.3.2023.tde-30112023-084051
Documento
Autor
Nome completo
Lúcio Flavio Vismari
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2023
Orientador
Banca examinadora
Júnior, João Batista Camargo (Presidente)
Lemes, Marcelo José Ruv
Melnikoff, Selma Shin Shimizu
Santos, Ricardo Caneloi dos
Souza, Gilberto Francisco Martha de
Título em português
Garantia da segurança crítica em sistemas complexos: uma abordagem orientada a riscos para o gerenciamento de recursos de comunicação em Sistemas de Transporte. Inteligentes Cooperativos (C-ITS).
Palavras-chave em português
Computação aplicada
Engenharia de sistemas de computação
Segurança de tráfego
Sistemas colaborativos
Sistemas inteligentes de transporte
Resumo em português
Sistemas de engenharia são projetados para atender necessidades específicas, benéficas à sociedade. Contudo, quando não atendem ao comportamento desejado, alguns destes sistemas podem produzir perdas inaceitáveis, como mortes, danos à saúde ao meio-ambiente e à propriedade. Desta forma, para que os benefícios esperados superem os riscos de perdas, estes sistemas críticos devem ser seguros ao longo de todo seu ciclo de vida. Um sistema pode ser considerado seguro se ele não causar danos enquanto opera em condições normais, bem como apresentar um nível aceitável de risco de segurança quando operar em situações anormais previstas. Desta forma, as situações inseguras que possam vir a ocorrer ao longo da vida útil do sistema devem ser sistematicamente identificadas e incorporadas por sua especificação. Assim, quando ocorrerem, o sistema poderá lidar com a situação de forma a manter os riscos de segurança em níveis aceitáveis. Por outro lado, caso alguma situação insegura não tenha sido prevista durante o projeto do sistema, sua manifestação terá potencial de causar danos devido ao sistema não estar preparado para tratá-la, reduzindo a capacidade de garantir a segurança deste sistema. Esse limitação é acentuada pela evolução no paradigma dos sistemas críticos em segurança. Tecnologias de comunicação e informação (ICT), sobretudo comunicação colaborativa e Inteligência Artificial, estão tornando estes sistemas inerentemente complexos. Nestes sistemas complexos de engenharia, as limitações intrínsecas na capacidade de se prever situações que possam ocorrer durante sua operação seja por modificação imprevisíveis no sistema ou no seu contexto de operação, seja por situações latentes não previstas produzem especificações incompletas, o que compromete a garantia da segurança destes sistemas. Portanto, o objetivo deste trabalho é obter uma abordagem que permita lidar, durante a operação, com situações inseguras imprevisíveis ou/e imprevistas no projeto, possibilitando garantir níveis aceitáveis de risco de segurança durante a operação e contribuindo no processo de garantia de segurança de sistemas complexos de engenharia. Nesta abordagem, o processo de especificação de requisitos de segurança é incorporado à operação do sistema, buscando por situações onde o sistema atende a especificação vigente, mas o nível de risco de segurança observado na aplicação é inaceitável. Nestas condições, a configuração observada no sistema é reclassificada como uma situação insegura. Então, ela é incorporada à especificação do sistema para que, caso ocorra, não exponha os envolvidos à uma condição insegura. Como resultado, foi proposta uma abordagem que permitiu, por meio do gerenciamento de seus recursos de comunicação, garantir níveis aceitáveis de risco de segurança em uma aplicação crítica no contexto de C-ITS. Para isso, ao identificar uma situação insegura (configuração de parâmetros de comunicação do sistema que expunha a aplicação a níveis inaceitáveis de risco de segurança), a abordagem busca por uma configuração de recursos de comunicação que pemite recuperar um nível mínimo aceitável de risco de segurança. Portanto, além de uma abordagem, espera-se que este trabalho possa contribuir com a Engenharia de Segurança de Sistemas Complexos de Engenharia, mostrando que a mudança de mentalidade pode ser caminho para lidar uma mudança de paradigma de sistema de engenharia.
Título em inglês
Safety critical assurance in complex systems: a risk-oriented approach to communication resources management in Cooperative Intelligent Transport Systems (C-ITS).
Palavras-chave em inglês
Applied computing
Collaborative systems
Computer systems engineering
Intelligent transportation systems
Traffic safety
Resumo em inglês
Enginered systems are designed to meet specific needs, beneficial to society. However, when they do not meet the specified behavior, some of these systems can produce unacceptable losses, such as deaths, injuries and environment and property damages. Thus, in order for the expected benefits outweigh the risks, critical systems must be safe throughout their entire life cycle. A system is safe whether it does not cause damage while operating under normal conditions, and presents an acceptable level of safety risk when operating under anticipated abnormal situations. In this way, unsafe situations that may occur over the system lifetime must be systematically identified and incorporated into its specification. Thus, when they occur, the system will be able to deal with the situation in order to keep safety risks at acceptable levels. On the other hand, if any unsafe situation was not foreseen during the system design, its manifestation will have the potential to cause damage due to the system not being prepared to deal with it, reducing the capacity to guarantee system safety. This limitation is stressed by the evolution in the paradigm of safety-critical systems. Information and Communication Technologies (ICT), especially collaborative communication and Artificial Intelligence, are making these systems inherently complex. In these complex engineered systems, the intrinsic limitations in the ability to predict situations that may occur during their operation whether due to unpredictable changes in the system or in its operating context, or due to unforeseen latent situations produce incomplete specifications, which compromises the ensuring the systems safety. Therefore, the objective of this work is to obtain an approach that allows dealing, during the operation, with unpredictable or/and unforeseen unsafe situations in the project, making it possible to guarantee acceptable levels of safety risks during the operation and contributing to the process of systems safety assurance of complex engineered systems. In this approach, the safety requirements specification process is incorporated into the system operation, looking for situations where the system meets the current specification, but the level of safety risk observed in the application is unacceptable. Under these conditions, the configuration observed in the system is reclassified as an unsafe situation. Then, it is incorporated into the system specification so that, if it occurs, it does not expose those involved to an unsafe condition. As a result, an approach was proposed that allowed, through the management of its communication resources, to guarantee acceptable levels of safety risks in a critical application in the context of C-ITS. For this, when identifying an unsafe situation (configuration of system communication parameters that exposed the application to unacceptable levels of safety risk), the approach sought a communication resources configuration that allowed recovering a minimum acceptable level of safety risk. Therefore, in addition to an approach, it is expected that this thesis can contribute to the Safety Engineering of Complex Engineered Systems, showing that a change in mindset can be the way to deal with a paradigm shift in systems engineering.
 
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Data de Publicação
2023-11-30
 
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