Conception et vérification d'exigences de sûreté temporisées à base de contrats dans les modèles SysML

De nos jours, les systèmes informatiques croissent en taille et en complexité. Intégrés dans des dispositifs de différents domaines tels que l'avionique, l'aéronautique, l'électronique grand public, etc., ils sont souvent considérés comme critiques à l'égard de la vie humaine, des coûts et de l'environnement. Concevoir des systèmes embarqués temps-réel critiques sûrs et fiables est une tâche difficile, étant donné que leurs modèles sont souvent source d'erreurs. Une façon pour les concepteurs de contourner cette difficulté consiste à s'appuyer sur la modélisation compositionnelle de composants logiciels pilotée par les exigences. Le raisonnement à base de contrats permet de construire des composants sûrs à partir des exigences globales du système en interposant des spécifications abstraites et partielles entre les besoins du système et les composants eux-mêmes. Informellement, un contrat modélise le comportement abstrait d'un composant du point de vue de l'exigence à satisfaire (c.a.d garantie) dans un contexte donné (c.a.d. hypothèse). Les contrats peuvent être exploités pour décomposer et tracer les exigences au cours d'un développement itératif, mais aussi pour effectuer une vérification compositionnelle de la satisfaction des exigences. Dans cette thèse, nous présentons une méthodologie de raisonnement à base de contrats pour la conception et la vérification de systèmes sûrs développés en SysML. Ainsi, nous définissons en UML/SysML la syntaxe des contrats et des relations de raffinement entre contrats et/ou composants qui sont utilisées pour prouver la correction du système par rapport aux exigences. Ensuite, nous proposons un cadre formel qui modélise la sémantique d'un modèle UML/SysML étendu par des contrats selon une variante d'automates temporisés entrée/sortie et nous définissons la correspondance entre ces concepts. Nous formalisons les relations de raffinement par la relation d'inclusion de traces et nous prouvons leurs propriétés compositionnelles ce qui assure la correction de la méthodologie. L'approche est instanciée pour le profil OMEGA et la boîte à outils IFx2 qui génère partiellement les obligations de preuve. Finalement, plusieurs études de cas dont une issue de l'industrie complètent la théorie pour évaluer l'approche à base de contrats et ses résultats et les comparer aux méthodes classiques de model-checking.Nowadays computer systems grow larger in size and more complex. Embedded in devices from different domains like avionics, aeronautics, consumer electronics, etc., they are often considered critical with respect to human life, costs and environment. A development that results in safe and reliable critical real-time embedded systems is a challenging task, considering that errors are accidentally inserted in the design. A way for system designers to tackle this issue is to use a compositional design technique based on components and driven by requirements: it allows to infer from global requirements, component properties that must locally hold. Contract-based reasoning allows to compositionally derive correct components from global system requirements by interposing abstract and partial specifications for components. Informally, a contract models the abstract behavior a component exhibits from the point of view of the requirement to be satisfied (i.e. guarantee) in a given context (i.e. assumption). Contracts can be used to decompose and trace requirements during iterative design, but also to perform compositional verification of requirement satisfaction. In this thesis, we present a methodology for reasoning with contracts during system design and verification within SysML. Thus, we define the syntax for contracts in UML/SysML, as well as a set of refinement relations between contracts and/or components in order to prove the system's correctness with respect to requirements. Next, we provide a formal framework that models the semantics of a UML/SysML model extended with contracts as a mapping of the language concepts to a variant of Timed Input/Output Automata. The refinement relations are formalized based on the trace inclusion relation and compositional properties are proved to hold which ensures the soundness of the methodology. The approach is instantiated for the OMEGA Profile and IFx2 toolset with partial automatic generation of proof obligations. Finally, the approach is applied on several case studies, including an industry-grade system model, which show its efficiency by comparative verification results

Approche réactive pour la conduite en convoi des véhicules autonomes (Modélisation et vérification)

Cette thèse se situe dans la problématique de la conduite en convoi de véhicules autonomes : des ensembles de véhicules qui se déplacent en conservant une configuration spatiale, sans aucune accroche matérielle. Ses objectifs sont d'abord, la définition d'une approche de prise de décision pour les systèmes de convois de véhicules, puis, la définition d'une approche de vérification, adaptée à la preuve de propriétés relatives aux convois de véhicules, avec une attention particulière envers les propriétés de sûreté.L'approche pour la prise de décision est décentralisée et auto organisée : chaque véhicule détermine son comportement de façon locale, à partir de ses propres capacités de perception, sans avoir recours à une communication explicite, de telle sorte que l'organisation du convoi, son maintien et son évolution soient le résultat émergeant du comportement de chaque véhicule. L'approche proposée s'applique a des convois suivant plusieurs types de configuration, et permet des changements dynamiques de configuration.L'approche proposée pour la vérification de propriétés de sûreté des convois de véhicules, adopte le model-checking comme technique de preuve. Pour contourner le problème de l'explosion combinatoire, rencontré dans la vérification des systèmes complexes, nous avons proposé une méthode compositionnelle de vérification, qui consiste a décomposer le système en sous systèmes et à associer une propriété auxiliaire à chacun des sous systèmes. La propriété globale sera ensuite déduite de l'ensemble des propriétés auxiliaires, par l'application d'une règle de déduction compositionnelle. La complexité calculatoire est mieux maîtrisée car le model-checking s'applique aux sous-systèmes. Nous proposons une règle de déduction adaptée aux systèmes de conduite en convoi, en particulier ceux qui sont basés sur des approches décentralisées. La règle considère chaque véhicule comme un composant. Elle est consistante sous la condition que l'ajout d'un nouveau composant au système n'a pas d'influence sur le comportement du reste du système. L'approche décentralisée proposée pour la conduite en convoi satisfait cette condition. Deux propriétés de sûreté ont été vérifiées : absence de collision et évolution confortable pour les passagersThis thesis places in the framework of Platoons, sets of autonomous vehicles that move together while keeping a spatial configuration, without any material coupling. Goals of the thesis are: first, the definition of a decision making approach for platoon systems. Second, the definition of a method for the verification of safety properties associated to the platoon system.The proposed decision making approach is decentralized and self-organized. Platoon vehicles are autonomous, they act based only on their perception capabilities. The configuration emerges as a result of the individual behavior of each of the platoon vehicle. The proposed approach can be applied to platoon with different configurations, and allows for dynamic change of configuration.The proposed verification method uses the model-checking technique. Model checking of complex system can lead to the combinatory explosion problem. To deal with this problem, we choose to use a compositional verification method. Compositional methods decompose system models into different components and associate to each component an auxiliary property. The global property can then be deduced from the set of all the auxiliary properties, by applying a compositional deduction rule. We define a deduction rule suitable for decentralised platoon systems. The deduction rule considers each vehicle as a component. It is applicable under the assumption that adding a new component to an instance of the system does not modify behavior of the instance. Two safety properties have been verified : collision avoidance.BELFORT-UTBM-SEVENANS (900942101) / SudocSudocFranceF

Assistance à la validation et vérification de systèmes critiques : ontologies et intégration de composants

Les activités de validation et vérification de modèles sont devenues essentielles dans le développement de systèmes complexes. Les efforts de formalisation de ces activités se sont multipliés récemment étant donné leur importance pour les systèmes embarqués critiques. Notre travail s’inscrit principalement dans cette voie. Nous abordons deux visions complémentaires pour traiter cette problématique. La première est une description syntaxique implicite macroscopique basée sur une ontologie pour aider les concepteurs dans le choix des outils selon leurs exigences. La seconde est une description sémantique explicite microscopique pour faciliter la construction de techniques de vérification compositionnelles. Nous proposons dans la première partie de cette thèse une ontologie pour expliquer et expliciter les éléments fondateurs du domaine que nous appelons VVO. Cette ontologie pourra avoir plusieurs autres utilisations : une base de connaissance, un outil de formation ou aussi un support pour le choix de la méthode à appliquer et l’inférence de correspondance entre outils. Nous nous intéressons dans la seconde partie de cette thèse à une formalisation dans un assistant à la preuve de l’introduction de composants dans un langage de modélisation et des liens avec les activités de validation et vérification. Le but est d’étudier la préservation des propriétés par composition : les activités de vérification sont généralement coûteuses en terme de temps et d’effort, les faire d’une façon compositionnelle est très avantageux. Nous partons de l’atelier formel pour l’Ingénierie Dirigée par les Modèles Coq4MDE. Nous suivons la même ligne directrice de développement prouvé pour formaliser des opérateurs de composition et étudier la conservation des propriétés par assemblage. Nous nous intéressons au typage puis à la conformité de modèles par rapport au métamodèle et nous vérifions que les opérateurs définis permettent de conserver ces propriétés. Nous nous focalisons sur l’étude d’opérateurs élémentaires que nous exploitons pour spécifier des opérateurs de plus haut niveau. Les préconditions des opérateurs représentent les activités de vérification non compositionnelles qui doivent être effectuées en plus de la vérification des composants pour assurer la postcondition des opérateurs qui est la propriété souhaitée. Nous concluons en présentant des perspectives pour une formalisation algébrique en théorie des catégories

Sémantique compositionnelle et raffinement de systèmes temporisés : application aux automates temporisés d'UPPAAL et au langage FIACRE

Les systèmes temps-réel sont massivement impliqués dans de nombreuses applications, dont notre vie dépend comme les logiciels embarqués dans les voitures et les avions. Pour ces systèmes des erreurs inattendues ne sont pas acceptables. De ce fait, assurer la correction de ces systèmes est une tâche primordiale. Les systèmes temps-réel représentent un large spectre de systèmes automatisés dont la correction dépend de la ponctualité des événements (timeliness) et pas seulement de leurs propriétés fonctionnelles. Chaque événement doit être produit selon la date indiquée par la spécification du système. Les systèmes temps-réel sont concurrents et embarqués, et conçus comme un assemblage de composants en interaction. Malgré les progrès réalisés dans les techniques de model checking, la vérification et l'analyse des systèmes temps-réel représentent toujours un défi autant pour les chercheurs que les praticiens. Pour étudier le comportement des systèmes temps-réel, différents formalismes ont été considérés comme les automates temporisés, les réseaux de Petri temporisés et les algèbres de processus. Cela donne lieu à plusieurs points délicats concernant le raffinement, la composition et la vérification. Ces points représentent un champ de recherche intensif. Ma thèse présente une étude des systèmes temps-réel focalisée sur les notions de sémantique, de composition et de raffinement. Elle décrit nos efforts pour explorer et étendre les formalismes temps-réel. Nous avons abordé les concepts de base de la modélisation des systèmes temps réel tels que les variables partagées, la communication, les priorités, la dynamicité, etc. La contribution de cette thèse porte sur la définition d’un cadre formel pour raisonner sur la sémantique, la composition et le raffinement des systèmes temporisés. Nous avons instancié ce cadre pour le formalisme des automates temporisés et le langage Fiacre.Nowadays, real-time systems are intensively involved in many applications on which our life is dependent, like embedded software in cars and planes. For these systems unexpected errors are not acceptable. Real-time systems represent a large spectrum of automated systems of which correctness depends on the timing of events (timeliness) and not only on their functional properties. Each event must be produced on time. Realtime systems can be concurrent and embedded where different interactive modules and components are assembled together. Despite advances in model checking techniques, the verification and analysis of real-time systems still represent a strong challenge for researchers and practitioners. To study the behavior of real-time systems, different formalisms have been considered like timed automata, time Petri nets and timed algebra, and several challenges concerning refinement, composition and verification have emerged. These points represent an intensive field of research. This thesis describes our effort to explore and extend real-time formalisms. We have revisited real-time language semantics, focusing on composition and refinement. We have addressed high level concepts like shared variables, communication, priorities, dynamicity, etc. The main contribution consists of a theoretical study of timed systems where we establish a framework for reasoning on composition, refinement and semantics. We instantiate this framework for timed automata and the Fiacre language

Real-time systems refinement : application to the verification of web services

Les services Web sont des applications distribuées qui sont conçus pour atteindre une tâche spécifique de l'entreprise sur le web. Afin d'augmenter la qualité et d'élever la sécurité des services Web, la vérification de BPEL, un service web langage de composition est considérée. Dans ce contexte, le model checking est une des techniques de vérification les plus utilisés en raison de son exhaustivité, son application facile et automatique. Cependant, un inconvénient majeur du model checking est l'explosion combinatoire en cas de grands modèles. Le raffinement est une des techniques utilisées pour combattre au problème d'explosion. Dans cette thèse, nous étudions le raffinement des systèmes temporisés et son application à des situations réelles, à savoir les modèles BPEL. Pour cela, nous proposons d'abord une technique automatique pour la vérification de la simulation faible temporisée entre des systèmes de transitions temporisé basée sur des modèles issus d'un langage de spécification formelle, FIACRE. La technique est une méthode basée sur l'observation, dans laquelle deux systèmes de transitions temporisés sont composées avec un observateur temporisé. Une propriété de mu-calcul qui capte la simulation faible temporisée est ensuite vérifiée sur le résultat de la composition. En deuxième étape, afin de valider les modèles BPEL, nous proposons une technique qui consiste dans les étapes suivantes: premièrement, les activités BPEL qui ont besoin d'être abstrait sont fournis avec leurs abstractions. Deuxièmement, la source BPEL est transformé en FIACRE en fonction des choix précédents. Troisièmement, les propriétés d'exigences sont vérifiées sur le modèle de FIACRE abstrait. Enfin, les relations de simulation sont prouvés entre les composants concrets et abstraits du modèle.Web services are distributed applications which are designed to achieve a specific business task over the web. In order to increase the security and to elevate the safety of web services, the verification of BPEL, a web services composition language is considered. In this context, model checking is one of the most used verification techniques because of its thoroughness, its easy application, and automatic approach. However, a major drawback of model checking is the combinatory explosion in case of large models. Refinement is one of the used techniques to alleviate the model checking problem. In this PhD, we study the refinement of timed systems and its application to real life scenarios, namely to BPEL models. For this, we first suggest an automatic technique for checking the timed weak simulation between timed transition systems based on models originating from a formal specification language, FIACRE. The technique is an observation-based method in which two timed transition systems are composed with a timed observer. A $\mu$-calculus property that captures the timed weak simulation is then verified upon the result of the composition. At the second stage, in order to validate BPEL models, we suggest a technique that consists in the following steps : first, BPEL activities to-be-abstracted are provided along with their abstractions. Second, the BPEL source is transformed to FIACRE according to the previous choices. Third, domain properties are verified on the abstract FIACRE model. Finally, simulation relations are proven between concrete and abstract parts of the model

Cadre conceptuel pour la composition des objets et la spécification du comportement

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal

Actes de la conférence Traitement Automatique de la Langue Naturelle, TALN 2018: Volume 2 : Démonstrations, articles des Rencontres Jeunes Chercheurs, ateliers DeFT

International audienc

The lexeme in descriptive and theoretical morphology

After being dominant during about a century since its invention by Baudouin de Courtenay at the end of the nineteenth century, morpheme is more and more replaced by lexeme in contemporary descriptive and theoretical morphology. The notion of a lexeme is usually associated with the work of P. H. Matthews (1972, 1974), who characterizes it as a lexical entity abstracting over individual inflected words. Over the last three decades, the lexeme has become a cornerstone of much work in both inflectional morphology and word formation (or, as it is increasingly been called, lexeme formation). The papers in the present volume take stock of the descriptive and theoretical usefulness of the lexeme, but also adress many of the challenges met by classical lexeme-based theories of morphology