A methodology for the construction of scheduled systems

We study a methodology for constructing scheduled systems by restricting successively the behavior of the processes to be scheduled. Restriction is used to guarantee the satisfaction of two types of constraints: schedulability constraints characterizing timing properties of the processes, and constraints characterizing particular scheduling algorithms including process priorities, non-idling, and preemption. The methodology is based on a controller synthesis paradigm. The main results deal with the characterization of scheduling policies as safety constraints and the simplification of the synthesis process by applying a composability principl

A Forward On-The-Fly Approach for Safety and Reachability Controller Synthesis of Timed Systems

RÉSUMÉ Cette thèse s’intéresse à la synthèse de contrôleurs pour des systèmes temps réel (systèmes temporisés). Partant d’un système temps réel modélisé par un réseau de Petri temporel composé de transitions contrôlables et non contrôlables (TPN), le contrôle vise à forcer, en restreignant les intervalles de franchissement des transitions contrôlables, le système à satisfaire les propriétés souhaitées. Nous proposons, dans cette thèse, un algorithme pour synthétiser de tels contrôleurs pour des propriétés de sûreté et d’accessibilité. Cet algorithme, basé sur la méthode de graphe de classes d’états, calcule à la volée les classes d’états atteignables du TPN tout en collectant progressivement les sous-intervalles de tir à éviter, afin de satisfaire les propriétés souhaitées. Avec cet algorithme, il n’est plus nécessaire de calculer les prédécesseurs contrôlables et de partitionner récursivement les classes d’états jusqu’à atteindre un point fixe, comme c’est le cas dans les autres approches basées sur l’exploration, en avant et en arrière, de l’espace des états du système. Nous prouvons formellement la correction de l’algorithme, puis nous montrons que dans la catégorie des contrôleurs basés sur la restriction des intervalles de tir, l’algorithme, proposé dans cette thèse, synthétise un contrôleur optimal (le plus permissif possible). Afin d’atténuer davantage le problème d’explosion combinatoire, nous montrons comment combiner cette approche avec une abstraction par l’inclusion, par union-convexe ou par enveloppe-convexe. Nous montrons également comment exploiter cet algorithme pour générer des contrôleurs décentralisés. Enfin, nous proposons d’appliquer cet algorithme pour contrôler des TPN par des chronomètres. Notre algorithme permet de partitionner les intervalles des transitions en “bons” et “mauvais” sous-intervalles (à éviter). L’idée est d’utiliser des chronomètres pour suspendre les tâches (transitions) durant leurs mauvais sous-intervalles et les activer dans leurs “bons sous-intervalles”. Il s’agit donc de contrôler les réseaux de Petri temporels en associant des chronomètres aux transitions contrôlables, pour obtenir ainsi des réseaux de Petri temporels contrôlés.----------ABSTRACT This thesis deals with controller synthesis for real time systems (timed systems). Given a real time system modeled as a Time Petri Net (TPN) with controllable and uncontrollable transitions, the control aims at forcing the system to satisfy properties of interest, by limiting the firing intervals of controllable transitions. We propose, in this thesis, an algorithm to synthesize such controllers for safety / reachability properties. This algorithm, based on the state class graph method, computes on-the-fly the reachable state classes of the TPN while collecting progressively firing subintervals to be avoided so that the property is satisfied. It does not need to compute controllable predecessors and then split state classes until reaching a fixpoint, as it is the case for other approaches based on backward and forward exploration of state space of the system. We prove formally the correctness of the algorithm and show that, in the category of state dependent controllers based on the restriction of firing intervals, the algorithm proposed in this thesis, synthesizes maximally permissive controllers. In order to attenuate the state explosion problem, we show how to combine efficiently this approach with an abstraction by inclusion, convex union or convex hull. Afterwards, we discuss the compatibility of this method with distributed systems and decentralized controllers. Finally, we apply this algorithm to control TPN with controllable and uncontrollable transitions by stopwatch. In this approach, we find the subintervals violating the given properties and our objective is to suspend the tasks (transitions) during their bad subintervals and to resume them later. The controller is synthesized through the same algorithm already introduced. In this approach, we suggest to control time Petri nets by associating stopwatches to controllable transitions and to achieve a controlled time Petri nets