Développement incrémental de spécifications d'architectures en UML intégrant des procédures de vérification

par Thanh-Liêm Phan

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Thérèse Libourel.


  • Résumé

    Le langage UML est devenu un standard de fait, y compris pour le développement de systèmes critiques. Néanmoins, les outils actuels apportent peu d'aide pour exploiter et vérifier les modèles proposés, surtout en cours de développement. Cette thèse se concentre sur l'aide à la construction d'architectures en UML durant les phases d'analyse et de conception de systèmes réactifs. Elle vise à développer un cadre théorique et pragmatique pour mettre en œuvre une approche incrémentale. Ce cadre fournit un outil permettant de vérifier les architectures durant leur modélisation. Les architectures sont modélisées par des diagrammes UML de structures composites alors que les composants primitifs sont présentés par une combinaison de diagrammes de machines d'états et de diagramme d'activités. Ce travail offre les moyens de vérifier d'une part si une nouvelle architecture est un raffinement, une extension ou un incrément de celle définie durant les étapes précédentes, et d'autre part si un composant est compatible avec un environnement ou s'il est substituable par un autre. L'analyse des architectures impose de leur donner une sémantique formelle. Concernant les composants primitifs, nous leur associons une sémantique en LTS (Labelled Transition Systems) ce qui nous a conduit à définir une procédure de transformation automatique de machines d'états et diagrammes d'activités en LTS. Concernant les composants composites, nous leur associons un LTS en transformant un diagramme de structure composite en une spécification Exp.Open, puis en générant la fusion des LTS grâce à la boîte à outils CADP. Dans un second temps, nous avons mis en œuvre des techniques de vérifications de relations de conformité de LTS que sont les préordres de raffinement, d'extension, et d'incrément. Nous avons également défini et implanté une relation de compatibilité et de substituabilité. L'ensemble de ces techniques de construction incrémentale se positionne selon deux axes. L'axe vertical représente le niveau d'abstraction. L'évolution d'une architecture peut se faire sur cet axe dans deux sens : i) par des techniques de raffinement dans le sens descendant et ii) par des techniques d'abstraction dans le sens ascendant. L'axe horizontal représente le niveau de couverture des exigences. L'évolution d'une architecture peut se faire sur cet axe selon deux sens : i) par des techniques d'extension et ii) par des techniques de restriction. Ces travaux ont été réalisés de façon théorique et pratique : ils ont donné lieu au développement d'un outil dédié à la construction incrémentale de modèles UML, appelé IDCM (Incremental Development of Conforming Models), regroupant la transformation de modèles et la mise en œuvre de l'ensemble des relations incrémentales. Ceci a été validé sur diverses études de cas.

  • Titre traduit

    Incremental development of UML architectural specification based on behavioural verification.


  • Résumé

    UML is becoming a de facto standard, including for development of dependable systems. However, current tools offer little help to take benefit of proposed models and to verify them, especially during development phases. This thesis focuses on supporting construction of UML architectures of reactive systems. It aims at developing a theoretic and pragmatic framework to implement the incremental approach. The framework provides tools to verify the coherenceof architectures during the modelling phase. Architectures are modelled by UML diagram of composite structures while primitive components are represented by a combination of state machine diagram and activity diagram. This work provides a means to verify in one hand if a new architecture is a refinement, an extension or an increment of those defined in the previous steps, and in another hand, if a component is compatible with an environment or if it is substitutableby another.In order to analyse UML architectures, we must give them a formal semantics. We associated primitive components with LTS (Labelled Transition Systems) which led us to define a procedure for automatic transformation of state machines and activities diagrams into LTS. We associated composite components with LTS by transforming a diagram of composite structure into Exp.Open specification, then by generating LTS fusion with the toolbox CADP. We have implemented verification techniques of conformance relations on LTS such as the preorders: refinement, extension, and increment. We also defined and implemented compatibility relation and substitutability relation. All these incremental construction techniques are positioned along two axes. The vertical axis represents the level of bstraction.The development of an architecture following this axis in two directions: i) refinement techniques in the downward direction and ii) abstraction techniques in the upward direction. The horizontal axis represents the coverage level of requirements. The development of architectures can be realized following this axis in two directions : i) extension direction and ii) restrictiondirection.This work has been carried out in theory and practice : it has led to the development of a dedicated tool for incremental construction of UML models, called IDCM (Incremental Development of Conforming Models), grouping the transformation of models and the implementation of a set of incremental relations. This has been validated on various case studies.


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