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Modellbasierte Analyse der Verlässlichkeit komplexer fehlertoleranter Systeme

Subject Area Computer Architecture, Embedded and Massively Parallel Systems
Term from 2009 to 2015
Project identifier Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 138712980
 
Final Report Year 2014

Final Report Abstract

Das Ziel dieses Forschungsprojektes war es, die Anwendbarkeit zustandsbasierter Modellierungsmethoden im Rahmen der quantitativen Bewertung fehlertoleranter Systeme zu verbessern und einem breiten Nutzerkreis zugänglich zu machen. Modelle diverser Anwendungsformalismen wie z.B. SystemC-TLM, SafeME oder AADL sollten über ein allgemeines mit Zuverlässigkeitsinformationen angereichertes Zwischenmodell in Zielformalismen überführt und schließlich analysiert werden. Die Ausdrucksstärke des Zwischenmodells sollte Modelle aus unterschiedlichen anwendungsspezifischen Beschreibungsformalismen fassen können und war somit eine wesentliche Herausforderung dieses Projekts. Zudem sollte durch das Zwischenmodell komplexes Fehlerverhalten beschreibbar sein, und die Modelle sollten komfortabel editierbar und automatisiert in formale Zielmodelle überführbar sein. Hierzu wurde die Sprache LARES zur Modellierung von rekonfigurierbaren, verlässlichen, diskreten Systemen entwickelt, die sowohl eigenständig als auch als Zwischendarstellung genutzt werden kann. Diese Sprache folgt objektorientierten Prinzipien und erlaubt die Abbildung von Hierarchien. Durch definierte Schnittstellen und Sichtbarkeitsbereiche der Komponenten und ihrer Attribute wird die Modularität der Komponenten gewährleistet. Ferner konnen Ereignisse durch spezifizierte Bedingungen ausgelöst und ein komplexes reaktives Verhalten erzielt werden. Sowohl Bedingungen als auch Reaktionen konnen hierbei über die Hierarchie hinweg und somit auf unterschiedlichen Granulationsebenen definiert werden. Die definierten Sprachmittel wurden im Laufe des Projekts mit zwei Semantiken hinterlegt. Zum einen durch eine Abbildung mit Mitteln der stochastischen Prozessalgebra CASPA (SPA), zum anderen durch flache beschriftete Transitionssysteme (LTS). Die LARES SPA-Semantik wurde hierbei so definiert, dass die LTS-Semantik der CASPA Prozessalgebra ein verhaltensäquivalentes Transitionssystem zur LARES LTS Semantik erzeugt. Da beide Semantiken durch Modelltransformationen implementiert wurden, konnte diese Äquivalenz anhand einer Reihe von Testmodellen untersucht und bestätigt werden. Diese Verhaltensaquivalenz konnte aber auch durch einen semi-formalen Beweis belegt werden. Die formale Definition von LARES durch die Diversifizierung mittels zweier Semantiken ermöglicht nicht nur die Anbindung von Prozessalgebra- und Markovkettenlöser, sondern auch automatisierte Regressionstests der definierten LARES Semantiken und ihrer fortschreitenden Implementierung. Die daraus resultierende robustere Implementierung erhöht zudem das Vertrauen in die Validität dieses Ansatzes. Die Nutzung moderner Entwicklungsmethoden, Programmiersprachen und Softwarepatterns erleichtert ferner die Wartbarkeit und künftige Weiterentwicklungen. Mit der Nutzung des “stackable trait pattern” durch die Scala Programmiersprache konnen Erweiterungen in Form neuer Sprachkonzepte und Transformationen in modularer Weise fur LARES eingeführt werden, ohne die Standardimplementation der LARES Bibliothek zu berühren. Ferner wurden modellgetriebene Softwareentwicklungstechniken (wie z.B. Eclipse EMF, Xtext, Graphiti und Epsilon) genutzt, um textuelle/graphische Editoren mit fortgeschrittenen Modellvalidierungslogiken zu implementieren. Das entstandene LARES IDE ist unter http://lares .w3.rz.unibw-muenchen.de zum Download verfügbar. Zusätzlich zu gebräuchlichen Maßen wie z.B. Zuverlässlichkeit oder Verfügbarkeit kommen auch Fragen bezüglich optimaler Schedules bestimmter Entscheidungen auf. Um diesen Aspekt abzubilden, wurden zwei Spracherweiterungen eingeführt. Diese umfassen nun Zustands- bzw. Transitionsrewards (reward extension) sowie nichtdeterministische Entscheidungen (decision extension).

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