Property driven verification framework : application to real time property for UML MARTE software design

par Ning Ge

Thèse de doctorat en Sûreté de Logiciel et Calcul à Haute Performance

Sous la direction de Marc Pantel et de Yamine Aït-Ameur.

  • Titre traduit

    Les outils de vérification dédiés à partir des familles de propriétés : une application aux propriétés temps réel pour les modèles UML-MARTE


  • Résumé

    Les techniques formelles de la famille « vérification de modèles » (« model checking ») se heurtent au problème de l’explosion combinatoire. Ceci limite les perspectives d’exploitation dans des projets industriels. Ce problème est provoqué par la combinatoire dans la construction de l’espace des états possibles durant l’exécution des systèmes modélisés. Le nombre d’états pour des modèles de systèmes industriels réalistes dépasse régulièrement les capacités des ressources disponibles en calcul et stockage. Cette thèse défend l’idée qu’il est possible de réduire cette combinatoire en spécialisant les outils pour des familles de propriétés. Elle propose puis valide expérimentalement un ensemble de méthodes pour le développement de ce type d’outils en suivant une approche guidée par les propriétés appliquée au contexte temps réel. Il s’agit donc de construire des outils d’analyse performants pour des propriétés temps réel qui soient exploitables pour des modèles industriels de taille réaliste. Les langages considérés sont, d’une part UML étendu par le profil MARTE pour la modélisation par les utilisateurs, et d’autre part les réseaux de Petri temporisés comme support pour la vérification. Les propositions sont validées sur un cas d’étude industriel réaliste issu du monde avionique : l’étude de la latence et la fraicheur des données dans un système de gestion des alarmes exploitant les technologies d’Avionique Modulaire Intégrée. Ces propositions ont été mise en oeuvre comme une boite à outils qui intègre les cinq contributions suivantes: la définition de la sémantique d’exécution spécifiques aux propriétés temps réel pour les modèles d’architecture et de comportement spécifiés en UML/MARTE; la spécification des exigences temps réel en s’appuyant sur un ensemble de patrons de vérification atomiques dédiés aux propriété temps réel; une méthode itérative d’analyse à base d’observateurs pour des réseaux de Petri temporisés; des techniques de réduction de l’espace d’états spécifiques aux propriétés temps réel pour des Réseaux de Petri temporisés; une approche pour l’analyse des erreurs détectées par « vérification des modèles » en s’appuyant sur des idées inspirées de la « fouille de données » (« data mining »).


  • Résumé

    Automatic formal verification such as model checking faces the combinatorial explosion issue. This limits its application in indus- trial projects. This issue is caused by the explosion of the number of states during system’s execution , as it may easily exceed the amount of available computing or storage resources. This thesis designs and experiments a set of methods for the development of scalable verification based on the property-driven approach. We propose efficient approaches based on model checking to verify real-time requirements expressed in large scale UML-MARTE real-time system designs. We rely on the UML and its profile MARTE as the end-user modeling language, and on the Time Petri Net (TPN) as the verification language. The main contribution of this thesis is the design and implementation of a property-driven verification prototype toolset dedicated to real-time properties verification for UML-MARTE real-time software designs. We validate this toolset using an avionic use case and its user requirements. The whole prototype toolset includes five contributions: definition of real-time property specific execution semantics for UML-MARTE architecture and behavior models; specification of real- time requirements relying on a set of verification dedicated atomic real- time property patterns; real-time property specific observer-based model checking approach in TPN; real-time property specific state space reduction approach for TPN; and fault localization approach in model checking.


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