Formal Modeling of Communication Platforms using Reconfigurable Algebraic High-Level Nets

Communication nowadays is based on communication platforms like Skype, Facebook, or SecondLife. The formal modeling and analysis of communication platforms poses considerable challenges, namely highly dynamic structures and complex behavior. Since most of the well-known formal modeling approaches are adequate only for specific aspects of communication platforms, in this paper we introduce the approach of reconfigurable algebraic high-level nets with individual tokens and show in our case study Skype that this approach is adequate for modeling the main aspects and features of communication platforms

The Impact of Petri Nets on System-of-Systems Engineering

The successful engineering of a large-scale system-of-systems project towards deterministic behaviour depends on integrating autonomous components using international communications standards in accordance with dynamic requirements. To-date, their engineering has been unsuccessful: no combination of top-down and bottom-up engineering perspectives is adopted, and information exchange protocol and interfaces between components are not being precisely specified. Various approaches such as modelling, and architecture frameworks make positive contributions to system-of-systems specification but their successful implementation is still a problem. One of the most popular modelling notations available for specifying systems, UML, is intuitive and graphical but also ambiguous and imprecise. Supplying a range of diagrams to represent a system under development, UML lacks simulation and exhaustive verification capability. This shortfall in UML has received little attention in the context of system-of-systems and there are two major research issues: 1. Where the dynamic, behavioural diagrams of UML can and cannot be used to model and analyse system-of-systems 2. Determining how Petri nets can be used to improve the specification and analysis of the dynamic model of a system-of-systems specified using UML This thesis presents the strengths and weaknesses of Petri nets in relation to the specification of system-of-systems and shows how Petri net models can be used instead of conventional UML Activity Diagrams. The model of the system-of-systems can then be analysed and verified using Petri net theory. The Petri net formalism of behaviour is demonstrated using two case studies from the military domain. The first case study uses Petri nets to specify and analyse a close air support mission. This case study concludes by indicating the strengths, weaknesses, and shortfalls of the proposed formalism in system-of-systems specification. The second case study considers specification of a military exchange network parameters problem and the results are compared with the strengths and weaknesses identified in the first case study. Finally, the results of the research are formulated in the form of a Petri net enhancement to UML (mapping existing activity diagram elements to Petri net elements) to meet the needs of system-of-systems specification, verification and validation

Model-driven Information Flow Security for Component-Based Systems

International audienceThis paper proposes a formal framework for studying information flow security in component-based systems. The security policy is defined and verified from the early steps of the system design. Two kinds of non-interference properties are formally introduced and for both of them, sufficient conditions that ensures and simplifies the automated verification are proposed. The verification is compositional, first locally, by checking the behavior of every atomic component and then globally, by checking the inter-components communication and coordination. The potential benefits are illustrated on a concrete case study about constructing secure heterogeneous distributed systems

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.