Entwicklung und Analyse eines Zug-zentrischen Entfernungsmesssystems mittels Colored Petri Nets

Based on the technology trends, the train control system should weaken the proportion of ground facilities, and give trains more individual initiative than in the past. As a result, the safety and flexibility of the train control system can be further improved. In this thesis, an enhanced movement authority system is proposed, which combines advantages of the train-centric communication with current movement authority mechanisms. To obtain the necessary train distance interval data, the onboard equipment and a new train-to-train distance measurement system (TTDMS) are applied as normal and backup strategies, respectively. While different location technologies have been used to collect data for trains, the development and validation of new systems remain challenges. In this thesis, formal approaches are presented for developing and verifying TTDMS. To assist the system development, the Colored Petri nets (CPNs) are used to formalize and evaluate the system structure and its behavior. Based on the CPN model, the system structure is validated. Additionally, a procedure is proposed to generate a Code Architecture from the formal model. The system performance is assessed in detection range and accuracy. Therefore both mathematical simulation and practical measurements validation are implemented. The results indicate that the system is feasible to carry out distance measurements both in metropolitan and railway lines, and the formal approaches are reusable to develop and verify other systems. As the target object, TTDMS is based on a spread-spectrum technology to accomplish distance measurement. The measurement is carried out by applying Time of Arrival (TOA) to calculate the distance between two trains, and requires no synchronized time source of transmission. It can calculate the time difference by using the autocorrelation of Pseudo Random Noise (PRN) code. Different from existing systems in air and maritime transport, this system does not require any other localization unit, except for communication architecture. To guarantee a system can operate as designed, it needs to be validated before its application. Only when system behaviors have been validated other relative performances' evaluations make sense. Based on the unambiguous definition of formal methods, TTDMS can be described much clearer by using formal methods instead of executable codes.Basierend auf technologischen Trends sollte das Zugbeeinflussungssystem den Anteil der Bodenanlagen reduzieren und den Zügen mehr Eigeninitiative geben als in der Vergangenheit, da so die funktionale Sicherheit und die Flexibilität des Zugbeeinflussungssystems erhöht werden können. In dieser Arbeit wird ein verbessertes System vorgeschlagen, das die Vorteile der zugbezogenen Kommunikation mit den aktuellen Fahrbefehlsmechanismen kombiniert. Um die notwendigen Daten des Zugabstandsintervalls zu erhalten, werden die Bordausrüstung und ein neues Zug-zu-Zug-Entfernungsmesssystem (TTDMS) als normale bzw. Backup-Strategien angewendet. Während verschiedene Ortungstechnolgien zur Zugdatenerfassung genutzt wurden, bleibt die Entwicklung und Validierung neuer Systeme eine Herausforderung. In dieser Arbeit werden formale Ansätze zur Entwicklung und Verifikation von TTDMS vorgestellt. Zur Unterstützung der Systementwicklung werden CPNs zur Formalisierung und Bewertung der Systemstruktur und ihres Verhaltens eingesetzt. Basierend auf dem CPN-Modell wird die Systemstruktur validiert. Zusätzlich wird eine Methode vorgeschlagen, mit der eine Code-Architektur aus dem formalen Modell generiert werden kann. Die Systemleistung wird im Erfassungsbereich und in der Genauigkeit beurteilt. Daher werden sowohl eine mathematische Simulation als auch eine praktische Validierung der Messungen implementiert. Die Ergebnisse zeigen, dass das System in der Lage ist, Entfernungsmessungen in Metro- und Eisenbahnlinien durchzuführen. Zudem sind die formalen Ansätze bei der Entwicklung und Verifikation anderer Systeme wiederverwendbar. Die Abstandsmessung mit TTDMS basiert auf einem Frequenzspreizungsverfahren. Die Messung wird durchgeführt, indem die Ankunftszeit angewendet wird, um den Abstand zwischen zwei Zügen zu berechnen. Dieses Verfahren erfordert keine Synchronisierung der Zeitquellen der Übertragung. Der Zeitunterschied kann damit berechnet werden, indem die Autokorrelation des Pseudo-Random-Noise-Codes verwendet wird. Im Unterschied zu Systemen im Luft- und Seeverkehr benötigt dieses System keine andere Lokalisierungseinheit als die Kommunikationsarchitektur. Um zu gewährleisten, dass ein System wie vorgesehen funktioniert, muss es validiert werden. Nur wenn das Systemverhalten validiert wurde, sind Bewertungen anderer relativer Leistungen sinnvoll. Aufgrund ihrer eindeutigen Definition kann das TTDMS mit formalen Methoden klarer beschrieben werden als mit ausführbaren Codes

Proceedings Work-In-Progress Session of the 13th Real-Time and Embedded Technology and Applications Symposium

The Work-In-Progress session of the 13th IEEE Real-Time and Embedded Technology and Applications Symposium (RTAS\u2707) presents papers describing contributions both to state of the art and state of the practice in the broad field of real-time and embedded systems. The 17 accepted papers were selected from 19 submissions. This proceedings is also available as Washington University in St. Louis Technical Report WUCSE-2007-17, at http://www.cse.seas.wustl.edu/Research/FileDownload.asp?733. Special thanks go to the General Chairs – Steve Goddard and Steve Liu and Program Chairs - Scott Brandt and Frank Mueller for their support and guidance

Colored model based testing for software product lines (CMBT-SWPL)

Over the last decade, the software product line domain has emerged as one of the mostpromising software development paradigms. The main benefits of a software product lineapproach are improvements in productivity, time to market, product quality, and customersatisfaction.Therefore, one topic that needs greater emphasis is testing of software product lines toachieve the required software quality assurance. Our concern is how to test a softwareproduct line as early as possible in order to detect errors, because the cost of error detectedIn early phases is much less compared to the cost of errors when detected later.The method suggested in this thesis is a model-based, reuse-oriented test technique calledColored Model Based Testing for Software Product Lines (CMBT-SWPL). CMBT-SWPLis a requirements-based approach for efficiently generating tests for products in a soft-ware product line. This testing approach is used for validation and verification of productlines. It is a novel approach to test product lines using a Colored State Chart (CSC), whichconsiders variability early in the product line development process. More precisely, the vari-ability will be introduced in the main components of the CSC. Accordingly, the variabilityis preserved in test cases, as they are generated from colored test models automatically.During domain engineering, the CSC is derived from the feature model. By coloring theState Chart, the behavior of several product line variants can be modeled simultaneouslyin a single diagram and thus address product line variability early. The CSC representsthe test model, from which test cases using statistical testing are derived.During application engineering, these colored test models are customized for a specificapplication of the product line. At the end of this test process, the test cases are generatedagain using statistical testing, executed and the test results are ready for evaluation. Inxaddition, the CSC will be transformed to a Colored Petri Net (CPN) for verification andsimulation purposes.The main gains of applying the CMBT-SWPL method are early detection of defects inrequirements, such as ambiguities incompleteness and redundancy which is then reflectedin saving the test effort, time, development and maintenance costs

Ninth Workshop and Tutorial on Practical Use of Coloured Petri Nets and the CPN Tools, Aarhus, Denmark, October 20-22, 2008

This booklet contains the proceedings of the Ninth Workshop on Practical Use of Coloured Petri Nets and the CPN Tools, October 20-22, 2008. The workshop is organised by the CPN group at the Department of Computer Science, University of Aarhus, Denmark. The papers are also available in electronic form via the web pages: http://www.daimi.au.dk/CPnets/workshop0

Practical Use of High-level Petri Nets

This booklet contains the proceedings of the Workshop on Practical Use of High-level Petri Nets, June 27, 2000. The workshop is part of the 21st International Conference on Application and Theory of Petri Nets organised by the CPN group at the Department of Computer Science, University of Aarhus, Denmark. The workshop papers are available in electronic form via the web pages: http://www.daimi.au.dk/pn2000/proceeding

Proceedings of Monterey Workshop 2001 Engineering Automation for Sofware Intensive System Integration

The 2001 Monterey Workshop on Engineering Automation for Software Intensive System Integration was sponsored by the Office of Naval Research, Air Force Office of Scientific Research, Army Research Office and the Defense Advance Research Projects Agency. It is our pleasure to thank the workshop advisory and sponsors for their vision of a principled engineering solution for software and for their many-year tireless effort in supporting a series of workshops to bring everyone together.This workshop is the 8 in a series of International workshops. The workshop was held in Monterey Beach Hotel, Monterey, California during June 18-22, 2001. The general theme of the workshop has been to present and discuss research works that aims at increasing the practical impact of formal methods for software and systems engineering. The particular focus of this workshop was "Engineering Automation for Software Intensive System Integration". Previous workshops have been focused on issues including, "Real-time & Concurrent Systems", "Software Merging and Slicing", "Software Evolution", "Software Architecture", "Requirements Targeting Software" and "Modeling Software System Structures in a fastly moving scenario".Office of Naval ResearchAir Force Office of Scientific Research Army Research OfficeDefense Advanced Research Projects AgencyApproved for public release, distribution unlimite

Durchführbarkeitsanalyse und Validierung eines Feldbussystems mit einer großen Anzahl an Busteilnehmern mit formalen Methoden

The complexity of large scale fieldbus systems is two-fold: message-sending concurrency and emergent bus behavior. On the one hand, an increase in the number of accumulating nodes within one fieldbus system expands its message-sending concurrency; on the other hand, the growth of emergent bus behavior causes a temporary or lasting message burst on the fieldbus channel. The message sequences in turn have an increased burst behavior, aggravating the traffic density. Therefore, this dissertation evaluates the performability of large scale fieldbus systems by presenting a busload validation procedure by formal methods. The model concept is conceptualized and formulated by UMLCD and OSI Model. Furthermore, the validation procedure is formalized and structurally specified by applying the attribute hierarchy and BMW principle. Based on sorting the message-sending occurrences from the log data of a real fieldbus-based building automation system, the validation procedure is thus quantified with the real system timed-parameters. In addition, the stochastic distributions of message transmissions are determined by the goodness of fit method. The entire work is based on DSPN as formal means of descriptions and models. The corresponding Petri net communication model is hierarchically constructed, which has been further parameterized, integrated and simulated. The analysis of system complexity is provided by the programming-based extension of the Petri net communication model. In addition, the results of Monte-Carlo-Simulation have been sorted, analyzed and evaluated regarding the validation aspects of system performability. Finally, the emergent message burst generated from the function interrelations has also been observed and evaluated. The result of this work will make a formal contribution to the improvement the fieldbus specification.Insbesondere für Feldbussysteme mit einer großen Anzahl an Busteilnehmern wird die Komplexität über zwei Kenngrößen charakterisiert. Einerseits stellt die Erhöhung der Anzahl akkumulierter Feldbusknoten innerhalb eines Feldbussystems eine gestiegene Message-Sendung-Nebenläufigkeit dar. Andererseits steigt diese auch durch Zuwachs des emergenten Busverhaltens, die temporäre oder dauerhafte Nachrichtenfolgen mit sich führen. Die Nachrichtenfolgen wiederum können ein erhöhtes Burst-Verhalten auf dem Feldbus-Kanal, d.h. eine erhöhte Busauslastung verursachen. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, ein komplexes Feldbussystem formal zu beschreiben und ein formales Buslastvalidierungsverfahren darzustellen. Das Modellkonzept wird zunächst durch das UMLCD und das OSI-Modell formuliert, und anschließend wird das Validierungsverfahren mit der Attributhierarchie und dem BMW-Prinzip formalisiert und spezifiziert. Aufgrund der Sortierung des Sendungsverhaltens mittels Logdaten eines realen Feldbus-basierten Gebäudeautomationssystems, wird das Validierungsverfahren durch die quantitative Analyse weitergeführt. Zusätzlich werden die stochastischen Verteilungen der Sendungsverhaltene durch die Goodness-of-Fit Methode angepasst. Die gesamte Arbeit basiert auf DSPN als formales Beschreibungsmittel und Modellierungsmittel. Das entsprechende Petrinetz-Kommunikationsmodell wird vorgestellt, welches hierarchisch konstruiert, parametriert und simuliert wurde. Die Systemkomplexität wird mit Hilfe der Programmierung-basierten Erweiterung des Petrinetz-Kommunikationsmodells analysiert. Dazu werden die Monte-Carlo-Simulationsergebnisse dieses erweiterten Modells vorgestellt, analysiert und bewertet und in Bezug zu den Validierungsaspekten der Systemleistung gesetzt. Schließlich wird das erzeugte Nachrichten-Burst-Verhalten von den Funktionsverknüpfungen beobachtet und bewertet. Die Ergebnisse werden von dieser Arbeit nach der Vervollständigung der formalen Feldbusspezifikation zurückgeführt und verbessert

Practical Use of High-level Petri Nets

This booklet contains the proceedings of the Workshop on Practical Use of High-level Petri Nets, June 27, 2000. The workshop is part of the 21st International Conference on Application and Theory of Petri Nets organised by the CPN group at the Department of Computer Science, University of Aarhus, Denmark. The workshop papers are available in electronic form via the web pages: http://www.daimi.au.dk/pn2000/proceeding