가상물리시스템은 계산, 통신, 그리고 제어 총 세 가지 부분이 통합되어 있고 물리적인 세계를 다루는 실시간 시스템이다. 무인 항공기, 자율주행 자동차, 스마트 그리드와 같은 가상물리시스템들은 안전이 중요한 작업들을 수행하기 때문에 safety-critical하다. 그리고 이러한 개별 CPS의 안전성을 달성하기 위한 많은 연구들이 진행되어 왔다. 한편, CPS는 공동의 목표를 달성하기 위하여 협업할 수 있고, 안전성은 시스템이 협업할 때 나타날 수 있는 emergent한 특성 중 하나이다. 그러므로, 각각의 safety-critical한 CPS의 안전성 뿐 아니라 다양한 서로 다른 종류의 CPS들로 구성된 전체 CPS의 안전성까지도 충분한 수준으로 달성되어야 한다.
안전성은 품질 특성의 일종으로, 품질 특성은 시스템이 이해 관계자의 요구를 얼마나 잘 충족하는 지를 나타내기 위한 측정 가능하거나 테스트 가능한 시스템의 비기능 특성이다. 이러한 품질 특성의 요구사항은 시나리오의 형태로 구체화될 수 있는데, 이것을 품질 특성 시나리오라고 부른다. 품질 특성 시나리오를 식별하는 것은 품질 특성 요구사항이 만족되었는지를 보여주기 위한 효과적인 방법이다. 시스템은 요구사항과 설계 명세를 만족시키도록 구현될 것이므로, 요구사항 또는 설계 명세가 식별된 품질 특성 시나리오를 활용하여 보완된다면 시스템이 품질 특성 요구사항을 충분히 만족시킴을 객관적으로 보일 수 있다.
본 논문에서는 최신 위험 분석 기법인 STPA를 활용하여 안전 중요 가상물리시스템이 협업하여 만들어지는 전체 가상물리시스템의 안전성에 대한 품질 특성 시나리오를 식별하기 위한 방법을 제안한다. 또한, 공동의 목표를 달성하기 위해 상호작용하는 두 종류의 가상물리시스템의 예시를 활용한 사례 연구에 본 논문에서 제안한 접근 방식을 사용함으로써 협력하는 가상물리시스템의 요구사항과 설계 명세가 안전성의 관점에서 보완될 수 있음을 보인다.