Read Operators and their Expressiveness in Process Algebras

We study two different ways to enhance PAFAS, a process algebra for modelling asynchronous timed concurrent systems, with non-blocking reading actions. We first add reading in the form of a read-action prefix operator. This operator is very flexible, but its somewhat complex semantics requires two types of transition relations. We also present a read-set prefix operator with a simpler semantics, but with syntactic restrictions. We discuss the expressiveness of read prefixes; in particular, we compare them to read-arcs in Petri nets and justify the simple semantics of the second variant by showing that its processes can be translated into processes of the first with timed-bisimilar behaviour. It is still an open problem whether the first algebra is more expressive than the second; we give a number of laws that are interesting in their own right, and can help to find a backward translation.Comment: In Proceedings EXPRESS 2011, arXiv:1108.407

Generalized Communicating P Systems Working in Fair Sequential Model

In this article we consider a new derivation mode for generalized communicating P systems (GCPS) corresponding to the functioning of population protocols (PP) and based on the sequential derivation mode and a fairness condition. We show that PP can be seen as a particular variant of GCPS. We also consider a particular stochastic evolution satisfying the fairness condition and obtain that it corresponds to the run of a Gillespie's SSA. This permits to further describe the dynamics of GCPS by a system of ODEs when the population size goes to the infinity.Comment: Presented at MeCBIC 201

Analysis of Probabilistic Basic Parallel Processes

Basic Parallel Processes (BPPs) are a well-known subclass of Petri Nets. They are the simplest common model of concurrent programs that allows unbounded spawning of processes. In the probabilistic version of BPPs, every process generates other processes according to a probability distribution. We study the decidability and complexity of fundamental qualitative problems over probabilistic BPPs -- in particular reachability with probability 1 of different classes of target sets (e.g. upward-closed sets). Our results concern both the Markov-chain model, where processes are scheduled randomly, and the MDP model, where processes are picked by a scheduler.Comment: This is the technical report for a FoSSaCS'14 pape

When are Stochastic Transition Systems Tameable?

A decade ago, Abdulla, Ben Henda and Mayr introduced the elegant concept of decisiveness for denumerable Markov chains [1]. Roughly speaking, decisiveness allows one to lift most good properties from finite Markov chains to denumerable ones, and therefore to adapt existing verification algorithms to infinite-state models. Decisive Markov chains however do not encompass stochastic real-time systems, and general stochastic transition systems (STSs for short) are needed. In this article, we provide a framework to perform both the qualitative and the quantitative analysis of STSs. First, we define various notions of decisiveness (inherited from [1]), notions of fairness and of attractors for STSs, and make explicit the relationships between them. Then, we define a notion of abstraction, together with natural concepts of soundness and completeness, and we give general transfer properties, which will be central to several verification algorithms on STSs. We further design a generic construction which will be useful for the analysis of {\omega}-regular properties, when a finite attractor exists, either in the system (if it is denumerable), or in a sound denumerable abstraction of the system. We next provide algorithms for qualitative model-checking, and generic approximation procedures for quantitative model-checking. Finally, we instantiate our framework with stochastic timed automata (STA), generalized semi-Markov processes (GSMPs) and stochastic time Petri nets (STPNs), three models combining dense-time and probabilities. This allows us to derive decidability and approximability results for the verification of these models. Some of these results were known from the literature, but our generic approach permits to view them in a unified framework, and to obtain them with less effort. We also derive interesting new approximability results for STA, GSMPs and STPNs.Comment: 77 page

Fluidization of Petri nets to improve the analysis of Discrete Event Systems

Las Redes de Petri (RdP) son un formalismo ampliamente aceptado para el modelado y análisis de Sistemas de Eventos Discretos (SED). Por ejemplo sistemas de manufactura, de logística, de tráfico, redes informáticas, servicios web, redes de comunicación, procesos bioquímicos, etc. Como otros formalismos, las redes de Petri sufren del problema de la ¿explosión de estados¿, en el cual el número de estados crece explosivamente respecto de la carga del sistema, haciendo intratables algunas técnicas de análisis basadas en la enumeración de estados. La fluidificación de las redes de Petri trata de superar este problema, pasando de las RdP discretas (en las que los disparos de las transiciones y los marcados de los lugares son cantidades enteras no negativas) a las RdP continuas (en las que los disparos de las transiciones, y por lo tanto los marcados se definen en los reales). Las RdP continuas disponen de técnicas de análisis más eficientes que las discretas. Sin embargo, como toda relajación, la fluidificación supone el detrimento de la fidelidad, dando lugar a la pérdida de propiedades cualitativas o cuantitativas de la red de Petri original. El objetivo principal de esta tesis es mejorar el proceso de fluidificación de las RdP, obteniendo un formalismo continuo (o al menos parcialmente) que evite el problema de la explosión de estados, mientras aproxime adecuadamente la RdP discreta. Además, esta tesis considera no solo el proceso de fluidificación sino también el formalismo de las RdP continuas en sí mismo, estudiando la complejidad computacional de comprobar algunas propiedades. En primer lugar, se establecen las diferencias que aparecen entre las RdP discretas y continuas, y se proponen algunas transformaciones sobre la red discreta que mejorarán la red continua resultante. En segundo lugar, se examina el proceso de fluidificación de las RdP autónomas (i.e., sin ninguna interpretación temporal), y se establecen ciertas condiciones bajo las cuales la RdP continua preserva determinadas propiedades cualitativas de la RdP discreta: limitación, ausencia de bloqueos, vivacidad, etc. En tercer lugar, se contribuye al estudio de la decidibilidad y la complejidad computacional de algunas propiedades comunes de la RdP continua autónoma. En cuarto lugar, se considera el proceso de fluidificación de las RdP temporizadas. Se proponen algunas técnicas para preservar ciertas propiedades cuantitativas de las RdP discretas estocásticas por las RdP continuas temporizadas. Por último, se propone un nuevo formalismo, en el cual el disparo de las transiciones se adapta a la carga del sistema, combinando disparos discretos y continuos, dando lugar a las Redes de Petri híbridas adaptativas. Las RdP híbridas adaptativas suponen un marco conceptual para la fluidificación parcial o total de las Redes de Petri, que engloba a las redes de Petri discretas, continuas e híbridas. En general, permite preservar propiedades de la RdP original, evitando el problema de la explosión de estados