Traps characterize home states in free choice systems

AbstractFree choice nets are a subclass of Petri nets allowing to model concurrency and nondeterministic choice, but with the restriction that choices cannot be influenced externally. Home states are ground markings which can be reached from any other reachable marking of a system. A trap is a structurally defined part of a net with the property that once it is marked (that is, carries at least one token), it will remain remarked in any successor marking.The main result of this paper characterizes the home states of a live and bounded free choice system by the property that all traps are marked. This characterization leads to a polynomial-time algorithm for deciding the home state property. Other consequences include the proof that executing all parts of a net at least once necessarily leads to a home state; this has been a long standing conjecture

On the Performance Estimation and Resource Optimisation in Process Petri Nets

Many artificial systems can be modeled as discrete dynamic systems in which resources are shared among different tasks. The performance of such systems, which is usually a system requirement, heavily relies on the number and distribution of such resources. The goal of this paper is twofold: first, to design a technique to estimate the steady-state performance of a given system with shared resources, and second, to propose a heuristic strategy to distribute shared resources so that the system performance is enhanced as much as possible. The systems under consideration are assumed to be large systems, such as service-oriented architecture (SOA) systems, and modeled by a particular class of Petri nets (PNs) called process PNs. In order to avoid the state explosion problem inherent to discrete models, the proposed techniques make intensive use of linear programming (LP) problems

Perfomance Analysis and Resource Optimisation of Critical Systems Modelled by Petri Nets

Un sistema crítico debe cumplir con su misión a pesar de la presencia de problemas de seguridad. Este tipo de sistemas se suele desplegar en entornos heterogéneos, donde pueden ser objeto de intentos de intrusión, robo de información confidencial u otro tipo de ataques. Los sistemas, en general, tienen que ser rediseñados después de que ocurra un incidente de seguridad, lo que puede conducir a consecuencias graves, como el enorme costo de reimplementar o reprogramar todo el sistema, así como las posibles pérdidas económicas. Así, la seguridad ha de ser concebida como una parte integral del desarrollo de sistemas y como una necesidad singular de lo que el sistema debe realizar (es decir, un requisito no funcional del sistema). Así pues, al diseñar sistemas críticos es fundamental estudiar los ataques que se pueden producir y planificar cómo reaccionar frente a ellos, con el fin de mantener el cumplimiento de requerimientos funcionales y no funcionales del sistema. A pesar de que los problemas de seguridad se consideren, también es necesario tener en cuenta los costes incurridos para garantizar un determinado nivel de seguridad en sistemas críticos. De hecho, los costes de seguridad puede ser un factor muy relevante ya que puede abarcar diferentes dimensiones, como el presupuesto, el rendimiento y la fiabilidad. Muchos de estos sistemas críticos que incorporan técnicas de tolerancia a fallos (sistemas FT) para hacer frente a las cuestiones de seguridad son sistemas complejos, que utilizan recursos que pueden estar comprometidos (es decir, pueden fallar) por la activación de los fallos y/o errores provocados por posibles ataques. Estos sistemas pueden ser modelados como sistemas de eventos discretos donde los recursos son compartidos, también llamados sistemas de asignación de recursos. Esta tesis se centra en los sistemas FT con recursos compartidos modelados mediante redes de Petri (Petri nets, PN). Estos sistemas son generalmente tan grandes que el cálculo exacto de su rendimiento se convierte en una tarea de cálculo muy compleja, debido al problema de la explosión del espacio de estados. Como resultado de ello, una tarea que requiere una exploración exhaustiva en el espacio de estados es incomputable (en un plazo prudencial) para sistemas grandes. Las principales aportaciones de esta tesis son tres. Primero, se ofrecen diferentes modelos, usando el Lenguaje Unificado de Modelado (Unified Modelling Language, UML) y las redes de Petri, que ayudan a incorporar las cuestiones de seguridad y tolerancia a fallos en primer plano durante la fase de diseño de los sistemas, permitiendo así, por ejemplo, el análisis del compromiso entre seguridad y rendimiento. En segundo lugar, se proporcionan varios algoritmos para calcular el rendimiento (también bajo condiciones de fallo) mediante el cálculo de cotas de rendimiento superiores, evitando así el problema de la explosión del espacio de estados. Por último, se proporcionan algoritmos para calcular cómo compensar la degradación de rendimiento que se produce ante una situación inesperada en un sistema con tolerancia a fallos