Approches formelles pour l'analyse de la performabilité des systèmes communicants mobiles : Applications aux réseaux de capteurs sans fil

Formal approaches for performability analysis of communicating systems : an application to wireless sensor networks

• Auteur / Autrice : Robert Abo
• Direction : Kamel Barkaoui
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 06/12/2011
• Etablissement(s) : Paris, CNAM
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Informatique, télécommunications et électronique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d'études et de recherche en informatique et communications (Paris)
• Jury : Président / Présidente : Bruno Monsuez
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Kamel Barkaoui, Bruno Monsuez, Karim Djouani, Catuscia Palamidessi, Larbi Sekhri, Selma Boumerdassi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Karim Djouani, Catuscia Palamidessi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réseaux d'ordinateurs

Internet mobile

Mots clés libres

Systèmes communicants mobiles

Performabilité

Méthodes formelles

Algèbres de processus

Model checking

Chaînes de Markov

Automates temporisés probabilistes

Prism

Mobile communicating systems

Performability

Formal methods

Process algebra

Model checking

Markov chains

Probabilistic timed automata

Prism

Résumé

Nous nous intéressons à l'analyse des exigences de performabilité des systèmes communicants mobiles par model checking. Nous modélisons ces systèmes à l'aide d'un formalisme de haut niveau issu du π-calcul, permettant de considérer des comportements stochastiques, temporels, déterministes, ou indéterministes. Cependant, dans le π-calcul, la primitive de communication de base des systèmes est la communication en point-à-point synchrone. Or, les systèmes mobiles, qui utilisent des réseaux sans fil, communiquent essentiellement par diffusion locale. C'est pourquoi, dans un premier temps, nous définissons la communication par diffusion dans le π-calcul, afin de mieux modéliser les systèmes que nous étudions. Nous proposons d'utiliser des versions probabilistes et stochastiques de l'algèbre que nous avons défini, pour permettre des études de performance. Nous en définissons une version temporelle permettant de considérer le temps dans les modèles. Mais l'absence d'outils d'analyse des propriétés sur des modèles spécifiés en une algèbre issue du π-calcul est un obstacle majeur à notre travail. La définition de règles de traduction en langage PRISM, nous permet de traduire nos modèles, en modèles de bas niveau supports du model checking, à savoir des chaînes de Markov à temps discret, à temps continu, des automates temporisés, ou des automates temporisés probabilistes. Nous avons choisi l'outil PRISM car, à notre connaissance, dans sa dernière version, il est le seul outil à supporter les formalismes de bas niveau que nous venons de citer, et ainsi il permet de réaliser des études de performabilité complètes. Cette façon de procéder nous permet de pallier à l'absence d'outils d'analyse pour nos modèles. Par la suite, nous appliquons ces concepts théoriques aux réseaux de capteurs sans fil mobiles.

We are interested in analyzing the performability requirements of mobile communication systems by using model checking techniques. We model these systems using a high-level formalism derived from the π-calculus, for considering stochastic, timed, deterministic or indeterministic behaviors. However, in the π-calculus, the basic communication primitive of systems is the synchronous point-to-point communication. However, mobile systems that use wireless networks, mostly communicate by local broadcast. Therefore, we first define the broadcast communication into the π-calculus, to better model the systems we study. We propose to use probabilistic and stochastic versions of the algebra we have defined to allow performance studies. We define a temporal version to consider time in the models. But the lack of tools for analyzing properties of models specified with π-calculus is a major obstacle to our work and its objectives. The definition of translation rules into the PRISM language allows us to translate our models in low-level models which can support model checking, namely discrete time, or continuous time Markov chains, timed automata, or probabilistic timed automata. We chose the PRISM model checker because, in our best knowledge, in its latest version, it is the only tool that supports the low-level formalisms that we have previously cited, and thus, makes it possible to realize complete performability studies. This approach allows us to overcome the lack of model checkers for our models. Subsequently, we apply these theoretical concepts to analyse performability of mobile wireless sensor networks.