Optimized diagnosability of distributed discrete event systems through abstraction

par Lina Ye

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Philippe Dague.

Soutenue le 07-07-2011

à Paris 11 , dans le cadre de Ecole doctorale Informatique de Paris-Sud , en partenariat avec Laboratoire de recherche en informatique (Orsay, Essonne) (laboratoire) .

Le président du jury était Paul Gastin.

Le jury était composé de Philippe Dague, Paul Gastin, Marie-Odile Cordier, Stéphane Lafortune, Fatiha Zaïdi.

Les rapporteurs étaient Marie-Odile Cordier, Stéphane Lafortune.

  • Titre traduit

    Diagnosticabilité Optimisée des Systèmes Distribués à Evénements Discrets par Abstraction


  • Résumé

    Depuis plusieurs années, de nombreuses recherches ont été menées autour du diagnostic. Cependant, il est impératif de se préoccuper dès la phase de conception d’un système des objectifs de diagnostic à atteindre. Aussi, de nombreux travaux se sont intéressés à analyser et à caractériser les propriétés de la diagnosticabilité d’un système. La diagnosticabilité est la propriété d’un système garantissant qu’il génère des observations permettant de détecter et discriminer les fautes en temps fini après leur occurrence.Le sujet de cette thèse porte sur les méthodes permettant d’établir les propriétés de la diagnosticabilité des systèmes à événements discrets dans le cadre distribué, sans construction du modèle global du système. Ce cadre est de première importance pour les applications réelles : systèmes naturellement distribués, systèmes trop complexes pour traiter leur modèle global, confidentialité des modèles locaux les uns par rapport aux autres. L’analyse de la diagnosticabilité de tels systèmes distribués se fonde sur des opérations de synchronisation des modèles locaux, par les observations et les communications. D’abord, nous étudions comment optimiser cette analyse de la diagnosticabilité en faisant abstraction de l’information nécessaire et suffisante à partir des objets locaux pour décider la diagnosticabilité globale. L'efficacité de l’algorithme peut être grandement améliorée par la synchronisation des objets locaux et abstraits en comparaison avec celle des objets locaux et non abstraits.Ensuite, nous proposons, dans le cadre distribué, l'algorithme de la diagnosticabilité de motifs d'événements particuliers a priori inobservables dans les systèmes. Ces motifs peuvent être simplement l’occurrence, brutale ou graduelle, d’une faute permanente ou transitoire, plusieurs occurrences d’une faute, plusieurs fautes en cascade, etc. Dans le cadre distribué, la reconnaissance du motif d’événements s’effectue d’abord progressivement dans un sous-système et ensuite la diagnosticabilité de ce motif peut être déterminée par la méthode abstraite et distribuée. Nous prouvons la correction et l'efficacité de notre algorithme à la fois en théorie et en pratique par la mise en œuvre de l’implémentation sur des exemples.Finalement, nous étudions le problème de la diagnosticabilité dans les systèmes distribués avec composants autonomes, où l’information observable est distribuée au lieu d’être centralisée comme jusqu’alors. En d'autres termes, chaque composant ne peut appréhender que ses propres événements observables. Nous donnons la définition de la diagnosticabilité conjointe. Et puis nous discutons de l'indécidabilité de diagnosticabilité conjointe dans le cas général, c'est à dire, les événements de communication ne sont pas observables, avant de proposer un algorithme pour tester sa condition suffisante. De plus, nous obtenons également un résultat de décidabilité et de l'algorithme lorsque les communications sont observables.


  • Résumé

    Over the latest decades, much research work has been done on automatic fault diagnosis. However, it is imperative to analyze at system design stage how correctness and efficiency and diagnosis algorithm can achieve. Thus many studies were interested in analyzing and characterizing the properties of diagnosability of a system. Diagnosability is the property of a system ensuring that it generates observations for detecting and discriminating faults in finite time after their occurrence.In this thesis, we investigate how to optimize distributed diagnosability analysis by abstracting necessary and sufficient information from local objects to decide global diagnosability decision. The algorithm efficiency can be greatly improved by synchronization of abstracted local objects compared to that of non abstracted local ones.Then we extend the distributed diagnosability algorithm from fault event first to simple pattern and then to general pattern, where pattern can describe more general objects in the diagnosis problem, e.g., multiple faults, multiple occurrences of the same fault, ordered occurrences of significant events, etc. In the distributed framework, the pattern recognition is first incrementally performed normally in a subsystem and then pattern diagnosability can be determined by adjusting abstracted method used in fault event case. We prove the correctness and efficiency of our proposed algorithm both in theory through proof and in practice through implementation.Finally we study joint diagnosability problem in systems with autonomous components, i.e., observable information is distributed instead of centralized. In other words, each component can only observe its own observable events. We give joint diagnosability definition. And then we discuss the undecidability of joint diagnosability in the general case, i.e., communication events are not observable, before proposing an algorithm to test its sufficient condition. In addition, we also get a decidability result and algorithm when communications are observable.


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