Realising Deterministic Behavior from Multiple Non-Deterministic Behaviors

This paper considers the problem of composing or scheduling several (non-deterministic) behaviors so as to conform to a specified target behavior as well as satisfying constraints imposed by the environment in which the behaviors are to be performed. This problem has already been considered by several works in the literature and applied to areas such as web service composition, the composition of robot behaviors and co-ordination of distributed devices. We develop a sound and complete algorithm for determining such a composition which has a number of significant advantages over previous proposals: a) our algorithm is different from previous proposals which resort to dynamic logi

Synthèse d'orchestrateur pour la composition de services

La composition de comportement est un aspect important dans beaucoup de domaines, surtout dans la programmation orientée service (Service Oriented Computing) et dans les systèmes Multi-agents. L'objectif est d'orchestrer le comportement des différents modules, modelisés par des système de transitions étiquetés (abelled transition systems - LTS), pour satisfaire une specification but, de même modelisé comme LTS. Un problème majeur qu'on trouve dans la plupart des approches, est le nombre élevé d'états. L'objectif de cette thèse est de développer des méthodes efficaces pour résoudre le problème de composition de comportement.D'abord on analyse le cas où toutes les actions sont observables. Nous developpons ensuite une caractérisation de l'existence d'une solution en terme d'une relation entre les différentes composantes d'une part et la specification but d'autre part. En utilisant cette caractérisation , nous développons un algorithme qui trouve à la volée une solution au problème si cette dernière existe. Nous démontrons que l'algorithme est correct et sa complexité est polynomiale par rapport à la taille des composants. Nous prouvons également que l'algorithme est robuste par rapport à l'échec d'un des composants. Ensuite, nous proposons une méthode d'abstraction qui réduit considérablement le nombre d'états. Cette abstraction est utilisée comme outil heuristique qui accélère la recherche. Finalement, nous développons une caractérisation de l'existence d'une solution dans le cas d'observation partielle. Cette caractérisation est elaborée en introduisant le concept de contrabilité. Nous démontrons qu'une solution existe si et seulement si les composantes sont controlables par rapport au but. Nous developpons un algorithme pour trouver la relation de controlabilité à la volée. La complexité de l'algorithme est EXPTIME en terme de la taille des composants.The behavior composition problem is an important aspect in many fields, especially in Service Oriented Computing and in Multi-agent systems. The basic objective is to orchestrate the behavior of the different available components, modeled as labeled transition systems (LTS), in order to satisfy a given goal specification, also modeled as an LTS . A major concern has been the large state space of typical situations which made existing approaches very compute intensive. The aim of this thesis is to develop efficient methods to solve the behavior composition problem. First we study the case when all actions are observable. We develop a characterization of the existence of a solution in term of existence of a relation between the different available components, considered as a single system, on one hand and the goal specification on the other. Using that characterization we develop an on-the-fly algorithm that finds a solution to the problem when one exists. The algorithm is shown to be correct and has polynomial complexity with the respect to the size of the components. We also show that the algorithm is robust with respect to component failure. Then we propose an abstraction method that reduces drastically the number of states. We show that the non-existence of a solution in the abstracted systems implies the non-existence of solution in the original system. Also the result of the abstraction is used as an input to the above algorithm for use as a heuristic to speed up the search. Finally, we develop a characterization of the behavior composition problem in the case of partial observation by using the concept of controllability. We show that a solution to the composition problem with partial observation exists if and only if the components are controllable with respect to the goal specification. We also develop an on-the-fly algorithm to compute the controllability of the system. The complexity of the algorithm is EXPTIME in the size of the components