Verification of timed automata : reachability, liveness and modelling

par Thanh tung Tran

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Igor Walukiewicz.

Le président du jury était Colette Johnen.

Le jury était composé de Bernard Berthomieu, Frédéric Herbreteau.

Les rapporteurs étaient Nicolas Markey, Pierre-Alain Reynier.

  • Titre traduit

    Vérification d'automates temporisés : sûreté, vivacité et modélisation


  • Résumé

    Cette thèse revisite les algorithmes standards pour les problèmes d'accessibilité et de vivacité des automates temporisés. L'algorithme standard pour tester l'accessibilité consiste à utiliser l'inclusion de zones pour explorer efficacement un arbre de recherche abstrait. Cependant, l'ordre du parcours du graphe a une forte incidence sur l'efficacité de l'algorithme. Dans cette thèse nous introduisons deux stratégies, nommées ranking et waiting, et une combinaison des deux. De nombreux exemples montrent que la combinaison des deux stratégies aide l'algorithme d'accessibilité à éviter des explorations non nécessaires. Le problème de vivacité est couramment vérifiées par l'analyse des cycles dans l'automate temporisé. Contrairement à l'algorithme d'accessibilité, l'algorithme pour l'analyse de vivacité ne peut pas librement utiliser l'inclusion de zones. Par conséquent, il y a des situations où l'algorithme doit faire une longue exploration avant de conclure l'existence d'un cycle. Nous proposons une analyse accélérée des cycles, nommées w-iterability checking, qui permet d'améliorer la performance de l'algorithme de vivacité des automates temporisés. En plus, nous proposons une modélisation du mécanisme de démarrage du protocole FlexRay. La modélisation permet à vérifier le mécanisme dans configurations différents du réseau FlexRay. Nous présentons également un outil de visualisation qui aide à mieux comprendre le fonctionnement des algorithmes d'analyse.


  • Résumé

    This thesis revisits the standard algorithms for reachability and liveness analysis of timed automata. The standard algorithm for reachability analysis consists in using zone inclusion to efficiently explore a finite abstract zone graph of a timed automaton. It has been observed that the search order may strongly affect the performance of the algorithm. For the same algorithm, one search order may introduce a lot more exploration than another. In order to deal with the search order problem, we propose two strategies, named ranking strategy and waiting strategy, and a combination of the two. We show on a number of examples, the combining strategy helps to reduce unnecessary exploration in the standard algorithms. The standard algorithm for liveness analysis consists in looking for reachability of cycles in timed automata. But unlike the algorithm for safety analysis, the algorithm for liveness analysis cannot freely use zone inclusion. Consequently, there are situations where the algorithm has to perform a long exploration before reporting the result. In this thesis, we propose an accelerated checking for cycles in timed automata, named !-iterability checking, to improve the performance of the state-of-the-art algorithm for liveness analysis of timed automata. Furthermore, we present a new model for the startup procedure of FlexRay. The model allows to verify the procedure on different configurations of FlexRay networks. It also allows to evaluate the performance of our new strategies for safety analysis of timed automata. In addition, we present a methodology that uses visualization tools to get more insights into the execution of the algorithms.


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