Measurements, Models, Systems and Design

531 s.

Tools and Algorithms for the Construction and Analysis of Systems

This book is Open Access under a CC BY licence. The LNCS 11427 and 11428 proceedings set constitutes the proceedings of the 25th International Conference on Tools and Algorithms for the Construction and Analysis of Systems, TACAS 2019, which took place in Prague, Czech Republic, in April 2019, held as part of the European Joint Conferences on Theory and Practice of Software, ETAPS 2019. The total of 42 full and 8 short tool demo papers presented in these volumes was carefully reviewed and selected from 164 submissions. The papers are organized in topical sections as follows: Part I: SAT and SMT, SAT solving and theorem proving; verification and analysis; model checking; tool demo; and machine learning. Part II: concurrent and distributed systems; monitoring and runtime verification; hybrid and stochastic systems; synthesis; symbolic verification; and safety and fault-tolerant systems

Second Workshop on Practical Use of Coloured Petri Nets and Design/CPN.

This report contains the proceedings of the Second Workshop on Practical Use of Coloured Petri Nets and Design/CPN, October 13-15, 1999. The workshop was organised by the CPN group at the Department of Computer Science at the University of Aarhus, Denmark. The individual papers are available in electronic form via the web pages: http://www.daimi.au.dk/CPnets/workshop99

Modeling and formal verification of probabilistic reconfigurable systems

In this thesis, we propose a new approach for formal modeling and verification of adaptive probabilistic systems. Dynamic reconfigurable systems are the trend of all future technological systems, such as flight control systems, vehicle electronic systems, and manufacturing systems. In order to meet user and environmental requirements, such a dynamic reconfigurable system has to actively adjust its configuration at run-time by modifying its components and connections, while changes are detected in the internal/external execution environment. On the other hand, these changes may violate the memory usage, the required energy and the concerned real-time constraints since the behavior of the system is unpredictable. It might also make the system's functions unavailable for some time and make potential harm to human life or large financial investments. Thus, updating a system with any new configuration requires that the post reconfigurable system fully satisfies the related constraints. We introduce GR-TNCES formalism for the optimal functional and temporal specification of probabilistic reconfigurable systems under resource constraints. It enables the optimal specification of a probabilistic, energetic and memory constraints of such a system. To formally verify the correctness and the safety of such a probabilistic system specification, and the non-violation of its properties, an automatic transformation from GR-TNCES models into PRISM models is introduced. Moreover, a new approach XCTL is also proposed to formally verify reconfigurable systems. It enables the formal certification of uncompleted and reconfigurable systems. A new version of the software ZIZO is also proposed to model, simulate and verify such GR-TNCES model. To prove its relevance, the latter was applied to case studies; it was used to model and simulate the behavior of an IPV4 protocol to prevent the energy and memory resources violation. It was also used to optimize energy consumption of an automotive skid conveyor.In dieser Arbeit wird ein neuer Ansatz zur formalen Modellierung und Verifikation dynamisch rekonfigurierbarer Systeme vorgestellt. Dynamische rekonfigurierbare Systeme sind in vielen aktuellen und zukünftigen Anwendungen, wie beispielsweise Flugsteuerungssystemen, Fahrzeugelektronik und Fertigungssysteme zu finden. Diese Systeme weisen ein probabilistisches, adaptives Verhalten auf. Um die Benutzer- und Umgebungsbedingungen kontinuierlich zu erfüllen, muss ein solches System seine Konfiguration zur Laufzeit aktiv anpassen, indem es seine Komponenten, Verbindungen zwischen Komponenten und seine Daten modifiziert (adaptiv), sobald Änderungen in der internen oder externen Ausführungsumgebung erkannt werden (probabilistisch). Diese Anpassungen dürfen Beschränkungen bei der Speichernutzung, der erforderlichen Energie und bestehende Echtzeitbedingungen nicht verletzen. Eine nicht geprüfte Rekonfiguration könnte dazu führen, dass die Funktionen des Systems für einige Zeit nicht verfügbar wären und potenziell menschliches Leben gefährdet würde oder großer finanzieller Schaden entstünde. Somit erfordert das Aktualisieren eines Systems mit einer neuen Konfiguration, dass das rekonfigurierte System die zugehörigen Beschränkungen vollständig einhält. Um dies zu überprüfen, wird in dieser Arbeit der GR-TNCES-Formalismus, eine Erweiterung von Petrinetzen, für die optimale funktionale und zeitliche Spezifikation probabilistischer rekonfigurierbarer Systeme unter Ressourcenbeschränkungen vorgeschlagen. Die entstehenden Modelle sollen über probabilistische model checking verifiziert werden. Dazu eignet sich die etablierte Software PRISM. Um die Verifikation zu ermöglichen wird in dieser Arbeit ein Verfahren zur Transformation von GR-TNCES-Modellen in PRISM-Modelle beschrieben. Eine neu eingeführte Logik (XCTL) erlaubt zudem die einfache Beschreibung der zu prüfenden Eigenschaften. Die genannten Schritte wurden in einer Softwareumgebung für den automatisierten Entwurf, die Simulation und die formale Verifikation (durch eine automatische Transformation nach PRISM) umgesetzt. Eine Fallstudie zeigt die Anwendung des Verfahren

Ninth Workshop and Tutorial on Practical Use of Coloured Petri Nets and the CPN Tools, Aarhus, Denmark, October 20-22, 2008

This booklet contains the proceedings of the Ninth Workshop on Practical Use of Coloured Petri Nets and the CPN Tools, October 20-22, 2008. The workshop is organised by the CPN group at the Department of Computer Science, University of Aarhus, Denmark. The papers are also available in electronic form via the web pages: http://www.daimi.au.dk/CPnets/workshop0

Contributions to the deadlock problem in multithreaded software applications observed as Resource Allocation Systems

Desde el punto de vista de la competencia por recursos compartidos sucesivamente reutilizables, se dice que un sistema concurrente compuesto por procesos secuenciales está en situación de bloqueo si existe en él un conjunto de procesos que están indefinidamente esperando la liberación de ciertos recursos retenidos por miembros del mismo conjunto de procesos. En sistemas razonablemente complejos o distribuidos, establecer una política de asignación de recursos que sea libre de bloqueos puede ser un problema muy difícil de resolver de forma eficiente. En este sentido, los modelos formales, y particularmente las redes de Petri, se han ido afianzando como herramientas fructíferas que permiten abstraer el problema de asignación de recursos en este tipo de sistemas, con el fin de abordarlo analíticamente y proveer métodos eficientes para la correcta construcción o corrección de estos sistemas. En particular, la teoría estructural de redes de Petri se postula como un potente aliado para lidiar con el problema de la explosión de estados inherente a aquéllos. En este fértil contexto han florecido una serie de trabajos que defienden una propuesta metodológica de diseño orientada al estudio estructural y la correspondiente corrección física del problema de asignación de recursos en familias de sistemas muy significativas en determinados contextos de aplicación, como el de los Sistemas de Fabricación Flexible. Las clases de modelos de redes de Petri resultantes asumen ciertas restricciones, con significado físico en el contexto de aplicación para el que están destinadas, que alivian en buena medida la complejidad del problema. En la presente tesis, se intenta acercar ese tipo de aproximación metodológica al diseño de aplicaciones software multihilo libres de bloqueos. A tal efecto, se pone de manifiesto cómo aquellas restricciones procedentes del mundo de los Sistemas de Fabricación Flexible se muestran demasiado severas para aprehender la versatilidad inherente a los sistemas software en lo que respecta a la interacción de los procesos con los recursos compartidos. En particular, se han de resaltar dos necesidades de modelado fundamentales que obstaculizan la mera adopción de antiguas aproximaciones surgidas bajo el prisma de otros dominios: (1) la necesidad de soportar el anidamiento de bucles no desplegables en el interior de los procesos, y (2) la posible compartición de recursos no disponibles en el arranque del sistema pero que son creados o declarados por un proceso en ejecución. A resultas, se identifica una serie de requerimientos básicos para la definición de un tipo de modelos orientado al estudio de sistemas software multihilo y se presenta una clase de redes de Petri, llamada PC2R, que cumple dicha lista de requerimientos, manteniéndose a su vez respetuosa con la filosofía de diseño de anteriores subclases enfocadas a otros contextos de aplicación. Junto con la revisión e integración de anteriores resultados en el nuevo marco conceptual, se aborda el estudio de propiedades inherentes a los sistemas resultantes y su relación profunda con otros tipos de modelos, la confección de resultados y algoritmos eficientes para el análisis estructural de vivacidad en la nueva clase, así como la revisión y propuesta de métodos de resolución de los problemas de bloqueo adaptadas a las particularidades físicas del dominio de aplicación. Asimismo, se estudia la complejidad computacional de ciertas vertientes relacionadas con el problema de asignación de recursos en el nuevo contexto, así como la traslación de los resultados anteriormente mencionados sobre el dominio de la ingeniería de software multihilo, donde la nueva clase de redes permite afrontar problemas inabordables considerando el marco teórico y las herramientas suministradas para subclases anteriormente explotadas

Scheduling of flexible manufacturing systems integrating petri nets and artificial intelligence methods.

The work undertaken in this thesis is about the integration of two well-known methodologies: Petri net (PN) model Ii ng/analysis of industrial production processes and Artificial Intelligence (AI) optimisation search techniques. The objective of this integration is to demonstrate its potential in solving a difficult and widely studied problem, the scheduling of Flexible Manufacturing Systems (FIVIS). This work builds on existing results that clearly show the convenience of PNs as a modelling tool for FIVIS. It addresses the problem of the integration of PN and Al based search methods. Whilst this is recognised as a potentially important approach to the scheduling of FIVIS there is a lack of any clear evidence that practical systems might be built. This thesis presents a novel scheduling methodology that takes forward the current state of the art in the area by: Firstly presenting a novel modelling procedure based on a new class of PN (cb-NETS) and a language to define the essential features of basic FIVIS, demonstrating that the inclusion of high level FIVIS constraints is straight forward. Secondly, we demonstrate that PN analysis is useful in reducing search complexity and presents two main results: a novel heuristic function based on PN analysis that is more efficient than existing methods and a novel reachability scheme that avoids futile exploration of candidate schedules. Thirdly a novel scheduling algorithm that overcomes the efficiency drawbacks of previous algorithms is presented. This algorithm satisfactorily overcomes the complexity issue while achieving very promising results in terms of optimality. Finally, this thesis presents a novel hybrid scheduler that demonstrates the convenience of the use of PN as a representation paradigm to support hybridisation between traditional OR methods, Al systematic search and stochastic optimisation algorithms. Initial results show that the approach is promising