Solving hard industrial combinatorial problems with SAT

The topic of this thesis is the development of SAT-based techniques and tools for solving industrial combinatorial problems. First, it describes the architecture of state-of-the-art SAT and SMT Solvers based on the classical DPLL procedure. These systems can be used as black boxes for solving combinatorial problems. However, sometimes we can increase their efficiency with slight modifications of the basic algorithm. Therefore, the study and development of techniques for adjusting SAT Solvers to specific combinatorial problems is the first goal of this thesis. Namely, SAT Solvers can only deal with propositional logic. For solving general combinatorial problems, two different approaches are possible: - Reducing the complex constraints into propositional clauses. - Enriching the SAT Solver language. The first approach corresponds to encoding the constraint into SAT. The second one corresponds to using propagators, the basis for SMT Solvers. Regarding the first approach, in this document we improve the encoding of two of the most important combinatorial constraints: cardinality constraints and pseudo-Boolean constraints. After that, we present a new mixed approach, called lazy decomposition, which combines the advantages of encodings and propagators. The other part of the thesis uses these theoretical improvements in industrial combinatorial problems. We give a method for efficiently scheduling some professional sport leagues with SAT. The results are promising and show that a SAT approach is valid for these problems. However, the chaotical behavior of CDCL-based SAT Solvers due to VSIDS heuristics makes it difficult to obtain a similar solution for two similar problems. This may be inconvenient in real-world problems, since a user expects similar solutions when it makes slight modifications to the problem specification. In order to overcome this limitation, we have studied and solved the close solution problem, i.e., the problem of quickly finding a close solution when a similar problem is considered

Planning and Optimization During the Life-Cycle of Service Level Agreements for Cloud Computing

Ein Service Level Agreement (SLA) ist ein elektronischer Vertrag zwischen dem Kunden und dem Anbieter eines Services. Die beteiligten Partner kl aren ihre Erwartungen und Verp ichtungen in Bezug auf den Dienst und dessen Qualit at. SLAs werden bereits f ur die Beschreibung von Cloud-Computing-Diensten eingesetzt. Der Diensteanbieter stellt sicher, dass die Dienstqualit at erf ullt wird und mit den Anforderungen des Kunden bis zum Ende der vereinbarten Laufzeit ubereinstimmt. Die Durchf uhrung der SLAs erfordert einen erheblichen Aufwand, um Autonomie, Wirtschaftlichkeit und E zienz zu erreichen. Der gegenw artige Stand der Technik im SLA-Management begegnet Herausforderungen wie SLA-Darstellung f ur Cloud- Dienste, gesch aftsbezogene SLA-Optimierungen, Dienste-Outsourcing und Ressourcenmanagement. Diese Gebiete scha en zentrale und aktuelle Forschungsthemen. Das Management von SLAs in unterschiedlichen Phasen w ahrend ihrer Laufzeit erfordert eine daf ur entwickelte Methodik. Dadurch wird die Realisierung von Cloud SLAManagement vereinfacht. Ich pr asentiere ein breit gef achertes Modell im SLA-Laufzeitmanagement, das die genannten Herausforderungen adressiert. Diese Herangehensweise erm oglicht eine automatische Dienstemodellierung, sowie Aushandlung, Bereitstellung und Monitoring von SLAs. W ahrend der Erstellungsphase skizziere ich, wie die Modellierungsstrukturen verbessert und vereinfacht werden k onnen. Ein weiteres Ziel von meinem Ansatz ist die Minimierung von Implementierungs- und Outsourcingkosten zugunsten von Wettbewerbsf ahigkeit. In der SLA-Monitoringphase entwickle ich Strategien f ur die Auswahl und Zuweisung von virtuellen Cloud Ressourcen in Migrationsphasen. Anschlie end pr ufe ich mittels Monitoring eine gr o ere Zusammenstellung von SLAs, ob die vereinbarten Fehlertoleranzen eingehalten werden. Die vorliegende Arbeit leistet einen Beitrag zu einem Entwurf der GWDG und deren wissenschaftlichen Communities. Die Forschung, die zu dieser Doktorarbeit gef uhrt hat, wurde als Teil von dem SLA@SOI EU/FP7 integriertem Projekt durchgef uhrt (contract No. 216556)

暗号ハードウェアの形式的設計に関する研究

Tohoku University青木孝文課