Non-deterministic Population Protocols (Extended Version)

In this paper we show that, in terms of generated output languages, non-deterministic \textit{population protocols} are strictly more powerful than deterministic ones. Analyzing the reason for this negative result, we propose two slightly enhanced models, in which non-deterministic population protocols can be \emph{exactly} simulated by deterministic ones. First, we consider a model in which interactions are not only between couples of agents, but also between triples and in which non-uniform initial states are allowed. We generalize this transformation and we prove a general property for a model with interactions between any number of agents. Second, we simulate any non-deterministic population protocol by a deterministic one in a model where a \emph{configuration} can have an \textit{empty output}. Non-deterministic and deterministic population protocols are then compared in terms of inclusion of their output languages, that is, in terms of solvability of problems. Two transformations, which realize this inclusion, are presented. The first one uses (again) the natural model with interactions of triples, but does not need non-uniform initial states. As before, this result is generalized for the natural model with interactions between any number of agents. The second transformation is a parameterized one with parameters depending on the transition graph of the considered non-deterministic protocol and on the population. Note that the transformations in the paper apply to a whole class of non-deterministic population protocols (for a proposed model), in contrast with the transformations proposed in previous works, which apply only to a specific sub-class of protocols (satisfying a so called ''elasticity'' condition)

Boost.simd: generic programming for portable simdization

ABSTRACT SIMD extensions have been a feature of choice for processor manufacturers for a couple of decades. Designed to exploit data parallelism in applications at the instruction level, these extensions still require a high level of expertise or the use of potentially fragile compiler support or vendor-specific libraries. While a large fraction of their theoretical accelerations can be obtained using such tools, exploiting such hardware becomes tedious as soon as application portability across hardware is required. In this paper, we describe Boost.SIMD, a C++ template library that simplifies the exploitation of SIMD hardware within a standard C++ programming model. Boost.SIMD provides a portable way to vectorize computation on Altivec, SSE or AVX while providing a generic way to extend the set of supported functions and hardwares. We introduce a C++ standard compliant interface for the users which increases expressiveness by providing a high-level abstraction to handle SIMD operations, an extension-specific optimization pass and a set of SIMD aware standard compliant algorithms which allow to reuse classical C++ abstractions for SIMD computation. We assess Boost.SIMD performance and applicability by providing an implementation of BLAS and image processing algorithms

Spécification, modélisation et vérification d'une architecture multi-agents dédiée à la gestion des risques de collision automobile

L'informatique prend une place importante dans les systèmes de divers secteurs d'activités, des dispositifs sophistiqués de l'industrie spatiale sont ainsi pilotés par des systèmes informatiques. Le bon fonctionnement repose alors sur le comportement correct de ces derniers. Aussi, la place des méthodes de vérification est importante, car apportant une garantie de bon fonctionnement rigoureuse et exhaustive, basée sur une approche théorique solide et des outils de génie logiciel réalisant les fondements théoriques. Dans le schéma de la vérification, un modèle du système est décrit dans un langage où la sémantique opérationnelle associe au modèle un graphe d'états, décrivant toutes les exécutions possibles, dans lequel peuvent être identifiés des séquences ou des états prohibés. La construction de ce graphe peut conduire à l'explosion combinatoire. Cette étape clé prend donc une place prépondérante dans les travaux de cette thèse où sont considérées différentes stratégies, de construction avec réduction, basées sur des ordres partiels et des relations d'équivalences : des outils de vérification les implantant ont été confrontés, par rapport à différentes études de cas classiques. Une étude de cas conséquente a été aussi menée sur un système basé agents d'aide à la conduite automobile, amenant à aborder des aspects spécification, construction de graphe et vérification. Cette étape a associée des spécialistes de communautés différentes, mettant en relief divers éléments d'un processus de conception de systèmes complexes. Cette collaboration a permis de définir les abstractions, en se focalisant sur le contrôle des interactions des agents, permettant ainsi la réduction de la taille du graphe d'états, rendant alors possible la vérification. La modélisation, dans les langages des outils visés du parallélisme des traitements, nous a aussi conduit à proposer plusieurs versions de schémas de contrôles et leurs vérifications ont toutes réussies.Computer sciences take a rising place in various industrial systems, complex spatial equipment are for instance controlled by computer systems. The equipment operates correctly when the behavior of the computer part is correct. Thus, verification methods are of great importance, as they prove the correct behavior according to rigorous and exhaustive analyses based on strong theories, the methods also bring appropriated tools. Within the verification scheme, a model of the system is described using languages which semantics associate to the model a state graph that represents all possible executions. This space makes it possible the identification of such states or sequences which are not allowed. The construction of this graph may lead to the combinatorial explosion problem. This key step takes thus preponderant place in this thesis, here are considered various construction strategies with reduction, based on partial orders and equivalency relations : verification tools implementing these strategies are compared according to various classical case studies. A more complex case study, that concerns an agent based system dedicated to road collision risks management, has also been dealt with. Consequently, specification, graph construction and verification aspects were considered. This part of the study associates researchers from different areas, highlighting key points of complex systems design. This collaboration allowed the definition of abstractions, focusing on interactions, reducing thus the size of state graphs, making possible the verification step. Modeling, within tools languages, of parallel processing, led us to propose several control schemes which verifications all succeeded.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF

On the star operation in free partially commutative monoids

International audienc

Observer la stabilisation

Les systèmes répartis ont deux caractéristiques importantes : ils sont non seulement complexes, mais en plus soumis à des défaillances. Ainsi, la vérification et l'étude de la tolérance aux défaillances dans ces systèmes sont deux problématiques majeurs. Dans cette thèse, nous proposons une méthode de vérification par model-checking d'un système réparti fondée sur les ordres partiels. Nous donnons un algorithme de parcours de graphe qui construit un sous-ensemble réduit de l'espace des états d'un système réparti, dans lequel il est possible de vérifier des propriétés stables du système considéré. D'autre part, nous étudions les systèmes auto-stabilisants qui sont des systèmes répartis naturellement tolérants aux défaillances. Un système auto-stabilisant est un système qui, quelque soit son initialisation et donc après une défaillance, finit par se comporter correctement. L'inconvénient d'un tel système est que celui-ci ne peut pas déterminer de lui-même s'il répond à sa spécification. Dans cette thèse, nous proposons un nouveau modèle fondé sur des observateurs, dans lequel un système auto-stabilisant peut connaître cette information. Dans ce modèle, nous prouvons qu'il est possible de construire un observateur déterministe pour n'importe quelle tâche spécifiée sous un démon synchrone et pour une topologie distinguée, dès lors que cette tâche admet une solution auto-stabilisante. Nous introduisons également la notion d'observateur probabiliste et nous prouvons que de tels observateurs permettent d'observer une plus grande classe de systèmes auto-stabilisants que les observateurs déterministes.Distributed systems have two main characteristics: they are complex and subject to failures. So, the verification and the study of fault tolerance in such systems are two major issues. In this thesis, we propose a model-checking verification technique for distributed systems. We present and prove an algorithm, based on partial orders, which builds a small subset of the whole set of states of a distributed system. In the reduced generated graph, it is still possible to verify stable properties of the considered system. We then study self-stabilizing systems which are fault tolerant distributed systems. Self-stabilizing systems are systems which, from any initialization, eventually behaves correctly, regarding to their specifications. The drawback of such systems is that they cannot determine whether or not they verify their specifications. In this thesis we propose a new model, in which the system can decide if it verifies its specification by introducing a new abstraction called observer. With this model, we prove that if there exists a synchronous self-stabilizing distributed solution for some problem in a distinguished network, then there exists a synchronous self-stabilizing distributed solution for the same problem in the same network which accept an observer. Finally, we introduce the notion of a probabilistic observer and we prove that such an observer allows to decide for a larger class of self-stabilizing systems than deterministic observers.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF