Workshop on Modelling of Objects, Components, and Agents, Aarhus, Denmark, August 27-28, 2001

This booklet contains the proceedings of the workshop Modelling of Objects, Components, and Agents (MOCA'01), August 27-28, 2001. The workshop is organised by the CPN group at the Department of Computer Science, University of Aarhus, Denmark and the "Theoretical Foundations of Computer Science" Group at the University of Hamburg, Germany. The papers are also available in electronic form via the web pages: http://www.daimi.au.dk/CPnets/workshop01

Attack-Surface Metrics, OSSTMM and Common Criteria Based Approach to “Composable Security” in Complex Systems

In recent studies on Complex Systems and Systems-of-Systems theory, a huge effort has been put to cope with behavioral problems, i.e. the possibility of controlling a desired overall or end-to-end behavior by acting on the individual elements that constitute the system itself. This problem is particularly important in the “SMART” environments, where the huge number of devices, their significant computational capabilities as well as their tight interconnection produce a complex architecture for which it is difficult to predict (and control) a desired behavior; furthermore, if the scenario is allowed to dynamically evolve through the modification of both topology and subsystems composition, then the control problem becomes a real challenge. In this perspective, the purpose of this paper is to cope with a specific class of control problems in complex systems, the “composability of security functionalities”, recently introduced by the European Funded research through the pSHIELD and nSHIELD projects (ARTEMIS-JU programme). In a nutshell, the objective of this research is to define a control framework that, given a target security level for a specific application scenario, is able to i) discover the system elements, ii) quantify the security level of each element as well as its contribution to the security of the overall system, and iii) compute the control action to be applied on such elements to reach the security target. The main innovations proposed by the authors are: i) the definition of a comprehensive methodology to quantify the security of a generic system independently from the technology and the environment and ii) the integration of the derived metrics into a closed-loop scheme that allows real-time control of the system. The solution described in this work moves from the proof-of-concepts performed in the early phase of the pSHIELD research and enrich es it through an innovative metric with a sound foundation, able to potentially cope with any kind of pplication scenarios (railways, automotive, manufacturing, ...)

Extra Functional Properties Evaluation of Self-managed Software Systems with Formal Methods

Multitud de aplicaciones software actuales están abocadas a operar en contextos dinámicos. Estos pueden manifestarse en términos de cambios en el entorno de ejecución de la aplicación, cambios en los requisitos de la aplicación, cambios en la carga de trabajo recibida por la aplicación, o cambios en cualquiera de los elementos que la aplicación software pueda percibir y verse afectada. Además, estos contextos dinámicos no están restringidos a un dominio particular de aplicaciones sino que se pueden encontrar en múltiples dominios, tales como: sistemas empotrados, arquitecturas orientadas a servicios, clusters para computación de altas prestaciones, dispositivos móviles o software para el funcionamiento de la red. La existencia de estas características disuade a los ingenieros de desarrollar software que no sea capaz de cambiar de modo alguno su ejecución para acomodarla al contexto en el que se está ejecutando el software en cada momento. Por lo tanto, con el objetivo de que el software pueda satisfacer sus requisitos en todo momento, este debe incluir mecanismos para poder cambiar su configuración de ejecución. Además, debido a que los cambios de contexto son frecuentes y afectan a múltiples dispositivos de la aplicación, la intervención humana que cambie manualmente la configuración del software no es una solución factible. Para enfrentarse a estos desafíos, la comunidad de Ingeniería del Software ha propuesto nuevos paradigmas que posibilitan el desarrollo de software que se enfrenta a contextos cambiantes de un modo automático; por ejemplo las propuestas Autonomic Computing y Self-* Software. En tales propuestas es el propio software quien gestiona sus mecanismos para cambiar la configuración de ejecución, sin requerir por lo tanto intervención humana alguna. Un aspecto esencial del software auto-adaptativo (Self-adaptive Software es uno de los términos más generales para referirse a Self-* Software) es el de planear sus cambios o adaptaciones. Los planes de adaptación determinan tanto el modo en el que se adaptará el software como los momentos oportunos para ejecutar tales adaptaciones. Hay un gran conjunto de situaciones para las cuales la propiedad de auto- adaptación es una solución. Una de esas situaciones es la de mantener al sistema satisfaciendo sus requisitos extra funcionales, tales como la calidad de servicio (Quality of Service, QoS) y su consumo de energía. Esta tesis ha investigado esa situación mediante el uso de métodos formales. Una de las contribuciones de esta tesis es la propuesta para asentar en una arquitectura software los sistemas que son auto-adaptativos respecto a su QoS y su consumo de energía. Con este objetivo, esta parte de la investigación la guía una arquitectura de tres capas de referencia para sistemas auto-adaptativos. La bondad del uso de una arquitectura de referencia es que muestra fácilmente los nuevos desafíos en el diseño de este tipo de sistemas. Naturalmente, la planificación de la adaptación es una de las actividades consideradas en la arquitectura. Otra de las contribuciones de la tesis es la propuesta de métodos para la creación de planes de adaptación. Los métodos formales juegan un rol esencial en esta actividad, ya que posibilitan el estudio de las propiedades extra funcionales de los sistemas en diferentes configuraciones. El método formal utilizado para estos análisis es el de las redes de Petri markovianas. Una vez que se ha creado el plan de adaptación, hemos investigado la utilización de los métodos formales para la evaluación de QoS y consumo de energía de los sistemas auto-adaptativos. Por lo tanto, se ha contribuido a la comunidad de análisis de QoS con el análisis de un nuevo y particularmente complejo tipo de sistemas software. Para llevar a cabo este análisis se requiere el modelado de los cambios din·micos del contexto de ejecución, para lo que se han utilizado una variedad de métodos formales, como los Markov modulated Poisson processes para estimar los parámetros de las variaciones en la carga de trabajo recibida por la aplicación, o los hidden Markov models para predecir el estado del entorno de ejecución. Estos modelos han sido usados junto a las redes de Petri para evaluar sistemas auto-adaptativos y obtener resultados sobre su QoS y consumo de energía. El trabajo de investigación anterior sacó a la luz el hecho de que la adaptabilidad de un sistema no es una propiedad tan fácilmente cuantificable como las propiedades de QoS -por ejemplo, el tiempo de respuesta- o el consumo de energÌa. En consecuencia, se ha investigado en esa dirección y, como resultado, otra de las contribuciones de esta tesis es la propuesta de un conjunto de métricas para la cuantificación de la propiedad de adaptabilidad de sistemas basados en servicios. Para conseguir las anteriores contribuciones se realiza un uso intensivo de modelos y transformaciones de modelos; tarea para la que se han seguido las mejores prácticas en el campo de investigación de la Ingeniería orientada a modelos (Model-driven Engineering, MDE). El trabajo de investigación de esta tesis en el campo MDE ha contribuido con: el aumento de la potencia de modelado de un lenguaje de modelado de software propuesto anteriormente y métodos de transformación desde dos lenguajes de modelado de software a redes de Petri estocasticas

Declarative techniques for modeling and mining business processes..

Organisaties worden vandaag de dag geconfronteerd met een schijnbare tegenstelling. Hoewel ze aan de ene kant veel geld geïnvesteerd hebben in informatiesystemen die hun bedrijfsprocessen automatiseren, lijken ze hierdoor minder in staat om een goed inzicht te krijgen in het verloop van deze processen. Een gebrekkig inzicht in de bedrijfsprocessen bedreigt hun flexibiliteit en conformiteit. Flexibiliteit is belangrijk, omdat organisaties door continu wijzigende marktomstandigheden gedwongen worden hun bedrijfsprocessen snel en soepel aan te passen. Daarnaast moeten organisaties ook kunnen garanderen dan hun bedrijfsvoering conform is aan de wetten, richtlijnen, en normen die hun opgelegd worden. Schandalen zoals de recent aan het licht gekomen fraude bij de Franse bank Société Générale toont het belang aan van conformiteit en flexibiliteit. Door het afleveren van valse bewijsstukken en het omzeilen van vaste controlemomenten, kon één effectenhandelaar een risicoloze arbitragehandel op prijsverschillen in futures omtoveren tot een risicovolle, speculatieve handel in deze financiële derivaten. De niet-ingedekte, niet-geautoriseerde posities bleven lange tijd verborgen door een gebrekkige interne controle, en tekortkomingen in de IT beveiliging en toegangscontrole. Om deze fraude in de toekomst te voorkomen, is het in de eerste plaats noodzakelijk om inzicht te verkrijgen in de operationele processen van de bank en de hieraan gerelateerde controleprocessen. In deze tekst behandelen we twee benaderingen die gebruikt kunnen worden om het inzicht in de bedrijfsprocessen te verhogen: procesmodellering en procesontginning. In het onderzoek is getracht technieken te ontwikkelen voor procesmodellering en procesontginning die declaratief zijn. Procesmodellering process modeling is de manuele constructie van een formeel model dat een relevant aspect van een bedrijfsproces beschrijft op basis van informatie die grotendeels verworven is uit interviews. Procesmodellen moeten adequate informatie te verschaffen over de bedrijfsprocessen om zinvol te kunnen worden gebruikt bij hun ontwerp, implementatie, uitvoering, en analyse. De uitdaging bestaat erin om nieuwe talen voor procesmodellering te ontwikkelen die adequate informatie verschaffen om deze doelstelling realiseren. Declaratieve procestalen maken de informatie omtrent bedrijfsbekommernissen expliciet. We karakteriseren en motiveren declaratieve procestalen, en nemen we een aantal bestaande technieken onder de loep. Voorts introduceren we een veralgemenend raamwerk voor declaratieve procesmodellering waarbinnen bestaande procestalen gepositioneerd kunnen worden. Dit raamwerk heet het EM-BrA�CE raamwerk, en staat voor `Enterprise Modeling using Business Rules, Agents, Activities, Concepts and Events'. Het bestaat uit een formele ontolgie en een formeel uitvoeringsmodel. Dit raamwerk legt de ontologische basis voor de talen en technieken die verder in het doctoraat ontwikkeld worden. Procesontginning process mining is de automatische constructie van een procesmodel op basis van de zogenaamde event logs uit informatiesystemen. Vandaag de dag worden heel wat processen door informatiesystemen in event logs geregistreerd. In event logs vindt men in chronologische volgorde terug wie, wanneer, welke activiteit verricht heeft. De analyse van event logs kan een accuraat beeld opleveren van wat er zich in werkelijkheid afspeelt binnen een organisatie. Om bruikbaar te zijn, moeten de ontgonnen procesmodellen voldoen aan criteria zoals accuraatheid, verstaanbaarheid, en justifieerbaarheid. Bestaande technieken voor procesontginning focussen vooral op het eerste criterium: accuraatheid. Declaratieve technieken voor procesontginning richten zich ook op de verstaanbaarheid en justifieerbaarheid van de ontgonnen modellen. Declaratieve technieken voor procesontginning zijn meer verstaanbaar omdat ze pogen procesmodellen voor te stellen aan de hand van declaratieve voorstellingsvormen. Daarenboven verhogen declaratieve technieken de justifieerbaarheid van de ontgonnen modellen. Dit komt omdat deze technieken toelaten de apriori kennis, inductieve bias, en taal bias van een leeralgoritme in te stellen. Inductief logisch programmeren (ILP) is een leertechniek die inherent declaratief is. In de tekst tonen we hoe proces mining voorgesteld kan worden als een ILP classificatieprobleem, dat de logische voorwaarden leert waaronder gebeurtenis plaats vindt (positief event) of niet plaatsvindt (een negatief event). Vele event logs bevatten van nature geen negatieve events die aangeven dat een bepaalde activiteit niet kon plaatsvinden. Om aan dit probleem tegemoet te komen, beschrijven we een techniek om artificiële negatieve events te genereren, genaamd AGNEs (process discovery by Artificially Generated Negative Events). De generatie van artificiële negatieve events komt neer op een configureerbare inductieve bias. De AGNEs techniek is geïmplementeerd als een mining plugin in het ProM raamwerk. Door process discovery voor te stellen als een eerste-orde classificatieprobleem op event logs met artificiële negatieve events, kunnen de traditionele metrieken voor het kwantificeren van precisie (precision) en volledigheid (recall) toegepast worden voor het kwantificeren van de precisie en volledigheid van een procesmodel ten opzicht van een event log. In de tekst stellen we twee nieuwe metrieken voor. Deze nieuwe metrieken, in combinatie met bestaande metrieken, werden gebruikt voor een uitgebreide evaluatie van de AGNEs techniek voor process discovery in zowel een experimentele als een praktijkopstelling.

Requirements modelling of real-time systems

Real-time systems are characterised by the critical nature of their missions, and the demanding environment with which they interact. Real-time systems are used for dedicated applications. Every application is the subject of special requirements enforced by the customer. Considering the vital role that these systems play, it is imperative that a systematic approach be adopted in modelling their unique requirements. In this thesis I propose such a treatment. Real-time systems are time critical. Temporal requirements are the timing restrictions imposed by the application environment. Previous studies in requirements modelling of real-time systems have focused on adding the notion of time to modelling techniques of traditional systems without regard to the realities of requirements modelling. The information should be presented in the way the user handles it, and not the way which is convenient to the software engineer. I attempt to understand the needs of the users better by modelling the real world as close to the user's perspective as possible, and propose the Real World Model (RWM). RWM is assumed to be developed by users, and requirements engineers. An engineering approach to building the model is provided. A real-time system has a well defined use to its community. A requirements model must rely on the user level activities, and aid the human understanding and communication. In the RWM, a real-time system is viewed as a set of concurrently acting automata, each representing a system entity. This model supports temporal reasoning in easily described ways, for all classes of timing properties. A generalised classification of timing constraints is provided. A requirements modelling language facilitates the description of requirements, and serves as a medium of communication among developers and stakeholders. Jarke et al [Jarke 94] observe that there is a need for a requirements language that manages the relationship between the meta-level domain scheme, and the scenarios that actually instantiate the scheme under development. Here I propose Timed Requirements Language (TRL) to bridge this gulf between the world of stakeholders, and the world of specifiers. TRL has natural looking expressions for formulating the needs. TRL has a number of novel features including the treatment of causality, and the description of static, and dynamic constraints all integrated into one uniform framework. TRL has been used with a number of systems. The generality of the language is validated through its application to specific systems

Reversible Computation: Extending Horizons of Computing

This open access State-of-the-Art Survey presents the main recent scientific outcomes in the area of reversible computation, focusing on those that have emerged during COST Action IC1405 "Reversible Computation - Extending Horizons of Computing", a European research network that operated from May 2015 to April 2019. Reversible computation is a new paradigm that extends the traditional forwards-only mode of computation with the ability to execute in reverse, so that computation can run backwards as easily and naturally as forwards. It aims to deliver novel computing devices and software, and to enhance existing systems by equipping them with reversibility. There are many potential applications of reversible computation, including languages and software tools for reliable and recovery-oriented distributed systems and revolutionary reversible logic gates and circuits, but they can only be realized and have lasting effect if conceptual and firm theoretical foundations are established first

An approach to enacting business process models in support of the life cycle of integrated manufacturing systems

The complexity of enterprise engineering processes requires the application of reference architectures as means of guiding the achievement of an adequate level of business integration. This research aims to address important aspects of this requirement by associating the formalism of reference architectures to various life cycle phases of integrating manufacturing systems (IMS) and enabling their use in addressing contemporary system engineering issues. In pursuit of this aim, the following research activities were carried out: (1) to devise a framework which supports key phases of the IMS life cycle and (2) to populate part of this framework with an initial combination of architectures which can be encapsulated into a computer-aided systems engineering environment. This has led to the creation of a workbench capable of providing support for modelling, analysis, simulation, rapid-prototyping, configuration and run-time operation of an IMS, based on a consistent set of models associated with the engineering processes involved. The research effort concentrated on selecting and investigating the use of appropriate formalisms which underpin a selection of architectures and tools (i. e. CIM-OSA, Petrinets, object-oriented methods and CIM-BIOSYS), this by designing, implementing, applying and testing the workbench. The main contribution of this research is to demonstrate that it is possible to retain an adequate level of formalism, via computational structures and models, which extend through the IMS life cycle from a conceptual description of the system through to actions that the system performs when operating. The underlying methodology which supported this contribution is based on enacting models of system behaviour which encode important coordination aspects of manufacturing systems. The strategy for demonstrating the incorporation of formalism to the IMS life cycle was to enable the aggregation into a workbench of knowledge of 'what' the system is expected to achieve (i. e. 'problems' to be addressed) and 'how' the system can achieve it (i. e possible 'solutions'). Within the workbench, such a knowledge is represented through an amalgamation of business process modelling and object-oriented modelling approaches which, when adequately manipulated, can lead to business integration

Reversible Computation: Extending Horizons of Computing

This open access State-of-the-Art Survey presents the main recent scientific outcomes in the area of reversible computation, focusing on those that have emerged during COST Action IC1405 "Reversible Computation - Extending Horizons of Computing", a European research network that operated from May 2015 to April 2019. Reversible computation is a new paradigm that extends the traditional forwards-only mode of computation with the ability to execute in reverse, so that computation can run backwards as easily and naturally as forwards. It aims to deliver novel computing devices and software, and to enhance existing systems by equipping them with reversibility. There are many potential applications of reversible computation, including languages and software tools for reliable and recovery-oriented distributed systems and revolutionary reversible logic gates and circuits, but they can only be realized and have lasting effect if conceptual and firm theoretical foundations are established first

Proceedings of Monterey Workshop 2001 Engineering Automation for Sofware Intensive System Integration

The 2001 Monterey Workshop on Engineering Automation for Software Intensive System Integration was sponsored by the Office of Naval Research, Air Force Office of Scientific Research, Army Research Office and the Defense Advance Research Projects Agency. It is our pleasure to thank the workshop advisory and sponsors for their vision of a principled engineering solution for software and for their many-year tireless effort in supporting a series of workshops to bring everyone together.This workshop is the 8 in a series of International workshops. The workshop was held in Monterey Beach Hotel, Monterey, California during June 18-22, 2001. The general theme of the workshop has been to present and discuss research works that aims at increasing the practical impact of formal methods for software and systems engineering. The particular focus of this workshop was "Engineering Automation for Software Intensive System Integration". Previous workshops have been focused on issues including, "Real-time & Concurrent Systems", "Software Merging and Slicing", "Software Evolution", "Software Architecture", "Requirements Targeting Software" and "Modeling Software System Structures in a fastly moving scenario".Office of Naval ResearchAir Force Office of Scientific Research Army Research OfficeDefense Advanced Research Projects AgencyApproved for public release, distribution unlimite