Checking Data-Flow Errors Based on The Guard-Driven Reachability Graph of WFD-Net

In order to guarantee the correctness of workflow systems, it is necessary to check their data-flow errors, e.g., missing data, inconsistent data, lost data and redundant data. The traditional Petri-net-based methods are usually based on the reachability graph. However, these methods have two flaws, i.e., the state space explosion and pseudo states. In order to solve these problems, we use WFD-nets to model workflow systems, and propose an algorithm for checking data-flow errors based on the guard-driven reachability graph (GRG) of WFD-net. Furthermore, a case study and some experiments are given to show the effectiveness and advantage of our method

Privacy-preserving behavioral correctness verification of cross-organizational workflow with task synchronization patterns

Workflow management technology has become a key means to improve enterprise productivity. More and more workflow systems are crossing organizational boundaries and may involve multiple interacting organizations. This article focuses on a type of loosely coupled workflow architecture with collaborative tasks, i.e., each business partner owns its private business process and is able to operate independently, and all involved organizations need to be synchronized at a certain point to complete certain public tasks. Because of each organization's privacy consideration, they are unwilling to share the business details with others. In this way, traditional correctness verification approaches via reachability analysis are not practical as a global business process model is unavailable for privacy preservation. To ensure its globally correct execution, this work establishes a correctness verification approach for the cross-organizational workflow with task synchronization patterns. Its core idea is to use local correctness of each suborganizational workflow process to guarantee its global correctness. We prove that the proposed approach can be used to investigate the behavioral property preservation when synthesizing suborganizational workflows via collaborative tasks. A medical diagnosis running case is used to illustrate the applicability of the proposed approaches

Аналіз ефективності використання паралельних обчислень в інформаційній технології

Магістерська дисертація: 90 с., 22 рис., 21табл., 1 додаток, 41 джерело. Актуальність. Розробка паралельних програм є актуальною сферою діяльності у програмуванні. Кожний програмний продукт піддається тестуванню на багатьох стадіях реалізації (від прототипу до готового продукту) для оцінки ефективності та якості функціонування. Однак багатопоточні програми відрізняються своєю стохастичною поведінкою та сильно залежать від обчислювальних ресурсів, на яких вони виконуються. Тож для випробування паралельної програми необхідно запустити її велику кількість разів на різних ресурсах. На жаль, традиційні методи тестування не здатні врахувати всі особливості функціонування паралельних алгоритмів та випробувати багатопоточну програму належним чином, передбачивши усі можливі сценарії її виконання. Окрім цього, під час розробки інформаційної технології з використанням паралельних обчислень виникають питання ще й стосовно коректності використання того чи іншого інструменту багатопоточності, та доцільності розпаралелювання алгоритму взагалі. У даній роботі пропонується спосіб тестування багатопоточної програми шляхом моделювання її засобами стохастичних мереж Петрі для аналізу ефективності використання паралельних обчислень в програмі, що дозволить врахувати не детермінований порядок інструкцій, виконуваних потоками та об’єм обчислювальних ресурсів. Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась на кафедрі автоматизованих систем обробки інформації та управління Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського» в рамках теми «Методи візуального програмування Петрі-об'єктних моделей» (№ 0117U000918). Метою дослідження є підвищення ефективності використання паралельних обчислень в інформаційній технології. Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання: − проаналізувати сучасні засоби і методи тестування та аналізу ефективності багатопоточних програм; − розробити моделі основних низько- та високорівневих інструментів багатопоточності на основі стохастичних мереж Петрі: • створення потоку, початок і кінець його роботи; • блокування потоку; • блок синхронізації дій потоку; • доступ потоків до спільних даних; • пул потоків. − визначити правила співставлення фрагмента програмного Java-коду частині мережі Петрі; − розробити бібліотеку базових фрагментів багатопоточної програми на основі застосування DESS(Discrete Event System Simulation); − розробити компонент для анімації функціонування Петрі-об’єктної моделі; − виявити залежність ефективності використання певного інструменту багатопоточності від його параметрів на основі розроблених моделей. Об'єктом дослідження є процес розробки паралельних обчислень в інформаційних технологіях. Предмет дослідження – методи аналізу ефективності використання паралельних обчислень в інформаційних технологіях. Методи дослідження – методи імітаційного моделювання і математичної статистики, метод Петрі-об'єктного моделювання. Наукова новизна одержаних результатів: • вперше розроблено метод Петрі-об'єктного моделювання паралельних обчислень, який дозволяє скоротити часові, фінансові та ресурсні затрати при тестування паралельних алгоритмів; • вперше запропоновано критерій оцінювання ефективності використання паралельних багатоядерних обчислень в інформаційній технології з урахуванням обчислювальних ресурсів, що надає можливість оцінювати доцільність використання в програмі тих чи інших інструментів багатопоточного програмування. Апробація результатів дисертації. Результати дослідження, що включені до дисертації оприлюднені на міжнародних наукових конференціях ICCSEEA2018 та ICCSEEA2019. Публікації. Результати роботи опубліковані в періодичному виданні «Advances in Intelligent Systems and Computing» (volume 754[35], volume 938[39]), що індексується в наукометричній базі Scopus, в тезах Дванадцятої[31] та Тринадцятої[33] міжнародної науково-практичної конференції «Математичне та імітаційне моделювання систем. МОДС» (2017, 2018), в статті фахового журналу «Вісник НТУУ «КПІ». Інформатика, управління та обчислювальна техніка» (випуск 66)[25], в тезах п'ятої Міжнародної науково-практичної конференції «Управління розвитком технологій»[32], та у тезах третьої всеукраїнської науково-практичної конференції молодих вчених та студентів «Інформаційні системи та технології управління» (ІСТУ-2019)[41].Master's Thesis: 90 pp., 22 fig., 21 tab., 1 app., 41 sources. Topicality. The development of parallel programs is a topical area in programming. Each software product should be tested during the many stages of implementation (from prototype to finished product) in order to evaluate the efficiency and quality of its functioning. However, multithreaded programs differ in their stochastic behavior and are highly dependent on the computational resources they are running on. Therefore, to test a parallel program, you need to run it many times on different resources. Unfortunately, traditional testing methods are not able to take into account all the features of running parallel algorithms and to test a multi-threaded program properly, assuming all possible scenarios for its implementation. In addition, during the development of information technology using parallel computing, there are also questions about the correctness of the use of a multithreaded tool, and about the necessity of parallelizing the algorithm at all. This paper proposes a method to test a multithreaded program by modeling it with stochastic Petri nets to analyze the efficiency of using parallel computations in the program. This method takes into account the non-deterministic order of instructions executed by the threads and the amount of computing resources. Relationship of work with scientific programs, plans, themes. carried out at the Department of Automated Systems for Information Processing and Management of the National Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute» by the topic of “Methods of visual programming of Petri-object models” (№ 0117U000918). The aim of the research is to increase the efficiency of using parallel computing in information technology. To achieve this goal the following tasks must be accomplished : − to analyze modern tools and methods of testing and analyzing the effectiveness of multithreaded programs; − to develop models of basic low- and high-level multithreading tools based on stochastic Petri nets: • creation of the thread, beginning and end of its work; • thread blocking; • threads synchronization; • threads access to shared data; • thread pool. − to determine the rules for transforming the Java code fragments into the Petri net; − to develop a library of basic fragments of multithreaded program which is based on the software DESS (Discrete Event System Simulation); − to develop a component to animate the functioning of the Petri-object model; − to determine the dependence of the efficiency of a particular multithreading tool on its parameters using the developed models. The object of study is the process of developing parallel computing in information technologies. The subject of study is methods of efficiency analysis of parallel computing in information technologies. Research methods – methods of simulation modeling and mathematical statistics, the Petri-object simulation method. Scientific novelty of the obtained results: • first developed a Petri-object simulation method for parallel computing that reduces time, financial and resource costs when testing parallel algorithms; • for the first time proposed a criterion for evaluating the efficiency of parallel multi-core computing in information technology, which takes into account computational resources, and provides an opportunity to evaluate the necessity of using certain multithreading tools in the program. Approbation of the thesis results. The research results included in the thesis were published at the international scientific conferences ICCSEEA2018 and ICCSEEA2019. Publications. The results of the work are published in the book series “Advances in Intelligent Systems and Computing” (volume 754[35], volume 938[39]), which is indexed in the Scopus database, in the theses of the Twelfth[31] and Thirteenth[33] international scientific-practical conference “Mathematical modeling and simulation of systems. MODS”(2017, 2018), in the article of the professional journal “Visnyk NTUU “KPI”. Informatics, Management and Computer Engineering” (Issue 66)[25], in the theses of the Fifth International Scientific and Practical Conference “Management of Technology Development”[32], and in the theses of the Third All-Ukrainian Scientific and Practical Conference of Young Scientists and Students “Information Systems and Management Technologies”(ISTU-2019)[41]

Mathematics in Software Reliability and Quality Assurance

This monograph concerns the mathematical aspects of software reliability and quality assurance and consists of 11 technical papers in this emerging area. Included are the latest research results related to formal methods and design, automatic software testing, software verification and validation, coalgebra theory, automata theory, hybrid system and software reliability modeling and assessment