Contribution à la modélisation et à la vérification de processus workflow

Contribution to the modeling and verification of workflow processes

• Auteur / Autrice : Zohra Sbaï
• Direction : Kamel Barkaoui
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 13/11/2010
• Etablissement(s) : Paris, CNAM en cotutelle avec École nationale d'ingénieurs de Tunis (Tunisie)
• 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 : Meriem Jaidane
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Rahma Ben Ayed, Sihem Guemara, Riadh Robbana, Samir Tata

Mots clés

Mots clés contrôlés

Petri, Réseaux de

Flux de travail

Mots clés libres

Processus workflow

Modélisation

Vérification

Réseaux de Petri

Model Checking

Workflow process

Modelling

Analysis

Petri nets

Model Checking

Résumé

La technologie de workflow, tendant à automatiser les processus d'entreprise et à fournir un support pour leur gestion, est aujourd'hui un secteur actif de recherche. C'est dans ce contexte que se situent ces travaux de thèse qui portent aussi bien sur la modélisation des processus workflow que sur leur vérification. Ces processus, pouvant être contraints par des ressources partagées ou encore par des durées de traitement, doivent être vérifiés avant d'être confiés aux systèmes de gestion de workflow qui vont les exécuter. Nous nous sommes intéressés par la vérification de la propriété de cohérence (soundness) des réseaux de workflow (WF-net) : sous-classes des réseaux de Petri (RdPs) modélisant les processus workflow.Dans ce cadre, en explorant la théorie structurelle des RdPs, nous avons identifié des sous-classes de WF-nets pour lesquelles la cohérence peut être vérifiée et caractérisée efficacement. Nous nous sommes focalisés en outre sur l'extension de ces sous-classes en tenant compte de la présence de ressources partagées et sur la propriété de cohérence en présence d'un nombre arbitraire d'instances prêtes à s'exécuter. Dans cette partie, nous avons dû automatiser le calcul des siphons minimaux dans un RdP. Pour ce faire, nous avons choisi un algorithme de la littérature et l'amélioré par la recherche et la contraction de circuits alternés.Ensuite, nous avons abordé la modélisation et la vérification de processus workflow tenant compte des contraintes temporelles. Nous avons en premier lieu proposé un modèle de TWF-net (WF-net Temporisé). Pour ce modèle, nous avons défini la propriété de cohérence temporelle et proposé une condition nécessaire et suffisante pour la vérifier. En deuxième lieu, nous avons relaxé les contraintes temporelles adoptées par la proposition d'un modèle temporel visant des processus à contraintes temporelles variant dans des intervalles de temps. Nous avons défini formellement le modèle de ITWF-net (Interval Timed WF-net) et donné sa sémantique. Par ailleurs, nous avons développé et testé un prototype de modélisation et de simulation des ITWF-nets.La dernière partie de cette thèse a concerné la vérification formelle des processus workflow par SPIN model checker. Nous avons dû en premier lieu traduire la spécification des workflows adoptée vers Promela : le langage de description des modèles à vérifier par SPIN. En second lieu, nous avons exprimé les propriétés de cohérence en Logique Linéaire Temporelle (LTL) et utilisé SPIN pour tester si chaque propriété est satisfaite par le modèle Promela du WF-net en question. Enfin, nous avons exprimé les propriétés de k-cohérence pour les WF-nets modélisant plusieurs instances et de (k,R)-cohérence pour les processus workflow concurrents et qui possèdent des ressources partagées.

Workflow technology, whose role is to automate business processes and to provide a support for their management, is today an active sector of research. This thesis deals with the modelling of the workflow processes and their analysis. These processes, probably constrained by shared resources or by durations of treatment, must be checked before being executed by their workflow management systems. In this direction, we were interested by the checking of the soundness property of workflow nets (WF-nets): subclasses of Petri nets modelling the workflow processes.To begin with, by exploring the structure theory of Petri nets, we have identified subclasses of WF-nets for which soundness can be checked and characterized effectively. We also extended these subclasses by taking account of the presence of shared resources and we focused on the soundness property in the presence of an arbitrary number of instances ready to be carried out. In this part, we had to automate the computation of minimal siphons in a Petri net. For that, we chose an algorithm of the literature and improved it by the research and the contraction of alternate circuits.Then, we were concerned by the modelling and the analysis of workflow processes holding temporal constraints. We initially proposed the model of TWF-net (Timed WF-net). For this model, we defined its soundness and proposed a method to check it. Then, we released the adopted temporal constraints by the proposal of a model covering workflow processes for witch temporal constraints vary in time intervals. We formally defined the model of ITWF-net (Interval Timed WF-net) and gave its semantics. In addition, we developed and tested a prototype of modelling and simulation of ITWF-nets.The last part of this thesis concerns the formal analysis of workflow processes with SPIN model checker. We initially translated the workflow specification into Promela: the model description language used by SPIN. Then, we expressed the soundness properties in Linear Temporal Logic (LTL) and used SPIN to test if each property is satisfied by the Promela model of a given WF-net. Moreover, we expressed the properties of k-soundness for WF-nets modelling several instances and (k,R)-soundness for competitive workflow processes which share resources.