Theoretical Aspects of Computing (ICTAC 2011)

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A Forward Reachability Algorithm for Bounded Timed-Arc Petri Nets

Timed-arc Petri nets (TAPN) are a well-known time extension of the Petri net model and several translations to networks of timed automata have been proposed for this model. We present a direct, DBM-based algorithm for forward reachability analysis of bounded TAPNs extended with transport arcs, inhibitor arcs and age invariants. We also give a complete proof of its correctness, including reduction techniques based on symmetries and extrapolation. Finally, we augment the algorithm with a novel state-space reduction technique introducing a monotonic ordering on markings and prove its soundness even in the presence of monotonicity-breaking features like age invariants and inhibitor arcs. We implement the algorithm within the model-checker TAPAAL and the experimental results document an encouraging performance compared to verification approaches that translate TAPN models to UPPAAL timed automata.Comment: In Proceedings SSV 2012, arXiv:1211.587

Verification and Parameter Synthesis for Real-Time Programs using Refinement of Trace Abstraction

We address the safety verification and synthesis problems for real-time systems. We introduce real-time programs that are made of instructions that can perform assignments to discrete and real-valued variables. They are general enough to capture interesting classes of timed systems such as timed automata, stopwatch automata, time(d) Petri nets and hybrid automata. We propose a semi-algorithm using refinement of trace abstractions to solve both the reachability verification problem and the parameter synthesis problem for real-time programs. All of the algorithms proposed have been implemented and we have conducted a series of experiments, comparing the performance of our new approach to state-of-the-art tools in classical reachability, robustness analysis and parameter synthesis for timed systems. We show that our new method provides solutions to problems which are unsolvable by the current state-of-the-art tools

Sémantique compositionnelle et raffinement de systèmes temporisés : application aux automates temporisés d'UPPAAL et au langage FIACRE

Les systèmes temps-réel sont massivement impliqués dans de nombreuses applications, dont notre vie dépend comme les logiciels embarqués dans les voitures et les avions. Pour ces systèmes des erreurs inattendues ne sont pas acceptables. De ce fait, assurer la correction de ces systèmes est une tâche primordiale. Les systèmes temps-réel représentent un large spectre de systèmes automatisés dont la correction dépend de la ponctualité des événements (timeliness) et pas seulement de leurs propriétés fonctionnelles. Chaque événement doit être produit selon la date indiquée par la spécification du système. Les systèmes temps-réel sont concurrents et embarqués, et conçus comme un assemblage de composants en interaction. Malgré les progrès réalisés dans les techniques de model checking, la vérification et l'analyse des systèmes temps-réel représentent toujours un défi autant pour les chercheurs que les praticiens. Pour étudier le comportement des systèmes temps-réel, différents formalismes ont été considérés comme les automates temporisés, les réseaux de Petri temporisés et les algèbres de processus. Cela donne lieu à plusieurs points délicats concernant le raffinement, la composition et la vérification. Ces points représentent un champ de recherche intensif. Ma thèse présente une étude des systèmes temps-réel focalisée sur les notions de sémantique, de composition et de raffinement. Elle décrit nos efforts pour explorer et étendre les formalismes temps-réel. Nous avons abordé les concepts de base de la modélisation des systèmes temps réel tels que les variables partagées, la communication, les priorités, la dynamicité, etc. La contribution de cette thèse porte sur la définition d’un cadre formel pour raisonner sur la sémantique, la composition et le raffinement des systèmes temporisés. Nous avons instancié ce cadre pour le formalisme des automates temporisés et le langage Fiacre.Nowadays, real-time systems are intensively involved in many applications on which our life is dependent, like embedded software in cars and planes. For these systems unexpected errors are not acceptable. Real-time systems represent a large spectrum of automated systems of which correctness depends on the timing of events (timeliness) and not only on their functional properties. Each event must be produced on time. Realtime systems can be concurrent and embedded where different interactive modules and components are assembled together. Despite advances in model checking techniques, the verification and analysis of real-time systems still represent a strong challenge for researchers and practitioners. To study the behavior of real-time systems, different formalisms have been considered like timed automata, time Petri nets and timed algebra, and several challenges concerning refinement, composition and verification have emerged. These points represent an intensive field of research. This thesis describes our effort to explore and extend real-time formalisms. We have revisited real-time language semantics, focusing on composition and refinement. We have addressed high level concepts like shared variables, communication, priorities, dynamicity, etc. The main contribution consists of a theoretical study of timed systems where we establish a framework for reasoning on composition, refinement and semantics. We instantiate this framework for timed automata and the Fiacre language

Actes de l'Ecole d'Eté Temps Réel 2005 - ETR'2005

Pdf des actes disponible à l'URL http://etr05.loria.fr/Le programme de l'Ecole d'été Temps Réel 2005 est construit autour d'exposés de synthèse donnés par des spécialistes du monde industriel et universitaire qui permettront aux participants de l'ETR, et notamment aux doctorants, de se forger une culture scientifique dans le domaine. Cette quatrième édition est centrée autour des grands thèmes d'importance dans la conception des systèmes temps réel : Langages et techniques de description d'architectures, Validation, test et preuve par des approches déterministes et stochastiques, Ordonnancement et systèmes d'exploitation temps réel, Répartition, réseaux temps réel et qualité de service

Automated Validation of State-Based Client-Centric Isolation with TLA ⁺

Clear consistency guarantees on data are paramount for the design and implementation of distributed systems. When implementing distributed applications, developers require approaches to verify the data consistency guarantees of an implementation choice. Crooks et al. define a state-based and client-centric model of database isolation. This paper formalizes this state-based model in, reproduces their examples and shows how to model check runtime traces and algorithms with this formalization. The formalized model in enables semi-automatic model checking for different implementation alternatives for transactional operations and allows checking of conformance to isolation levels. We reproduce examples of the original paper and confirm the isolation guarantees of the combination of the well-known 2-phase locking and 2-phase commit algorithms. Using model checking this formalization can also help finding bugs in incorrect specifications. This improves feasibility of automated checking of isolation guarantees in synthesized synchronization implementations and it provides an environment for experimenting with new designs.</p