Parameterised Verification from Formal Specifications of Information Systems - CNRS - Centre national de la recherche scientifique Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

Parameterised Verification from Formal Specifications of Information Systems

Vérification paramétrée à partir des spécifications formelles des systèmes d’information

Sara Houhou

Résumé

Business process models verification is crucial to detect possible errors at design time, rather than at execution on business process engines. BPMN is the primary notation for business process modelling. It is an ISO standard, widely used both in education and in industry. The semantics of BPMN are however defined in a semi-formal way within the standard. This is why many works have tackled the definition of formal semantics for BPMN. In this thesis, we first provided a detailed study of the main works relating to the verification of BPMN models. This allowed us to identify several fragments of the notation which are often put aside in the work of formalization, such as the different models of communication, the temporal management, or the multi-instance character. These aspects are however crucial for the extension of the field of application of BPMN to frameworks such as the Internet of Things or the Factory of the Future. We then defined an approach for the verification of business process collaboration models that supports several of these perspectives, namely the different communication models and time constraints. For this, we have defined formal execution semantics, in terms of first-order logic, to the BPMN fragment taken into account. We then defined implementations of this semantics in the formal languages ​​TLA + and Alloy. Finally, this enabled the models to be verified using tools dedicated to these formal languages. Our approach is supported by a tool, fbpmn, allowing the formal transformation of BPMN models to TLA + and Alloy, the verification of models, and the animation of counter-examples when the properties to be verified are not satisfied. This feedback is done directly on the initial BPMN model which makes the approach practicable in a context of use by non-specialists of formal methods. A web application has also been developed to make it even easier to apply our formal approach in an industrial setting. Our tools, our TLA + and Alloy formal semantics implementations, and our library of examples are open sources and available online.
La vérification des modèles de processus métiers est cruciale pour permettre d'y détecter d'éventuelles erreurs dès la conception, plutôt qu'à l'exécution sur des moteurs de processus métier. BPMN est la notation principale pour la modélisation de processus métier. Il s'agit d'un standard ISO, largement utilisé à la fois en enseignement et dans l'industrie. La sémantique de BPMN est cependant définie de façon semi-formelle au sein du standard. C'est pourquoi de nombreux travaux se sont attaqués à la définition d'une sémantique formelle pour BPMN. Dans cette thèse, nous avons tout d’abord fourni une étude détaillée des principaux travaux portant sur la vérification de modèles BPMN. Cela nous a permis d'identifier plusieurs fragments de la notation qui sont souvent mis de côté dans les travaux de formalisation, tels que les différents modèles de communication, la gestion temporelle, ou le caractère multi-instance. Ces aspects sont pourtant cruciaux pour l'élargissement du domaine d'application de BPMN vers des cadres tels que l'Internet des Objets ou l'Usine du Futur. Nous avons alors défini une approche pour la vérification de modèles de collaboration de processus métiers qui supporte plusieurs de ces perspectives, à savoir les différents modèles de communication et les contraintes liées au temps. Pour cela nous avons défini une sémantique d'exécution formelle, en termes de logique du premier ordre, au fragment de BPMN pris en compte. Nous avons ensuite défini des implantations de cette sémantique dans les langages formels TLA+ et Alloy. Ceci a, enfin, permis la vérification des modèles à l'aide des outils dédiés à ces langages formels. Notre approche est supportée par un outil, fbpmn, permettant les transformation formelles de modèles BPMN vers TLA+ et Alloy, la vérification des modèles, et l'animation de contre-exemples lorsque les propriétés à vérifier ne sont pas satisfaites. Ce retour se fait directement sur le modèle BPMN initial ce qui rend l'approche praticable dans un contexte d'utilisation par des non-spécialistes des méthodes formelles. Une application Web a aussi été développée pour rendre encore plus aisée l'application de notre approche formelle dans un cadre industriel. Nos outils, nos implantations en TLA+ et Alloy de la sémantique formelle, et notre bibliothèque d'exemples sont open source et disponibles en ligne.
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HOUHOU_Sara_these_2021.pdf (9.94 Mo) Télécharger le fichier
Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03987466 , version 1 (14-02-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03987466 , version 1

Citer

Sara Houhou. Parameterised Verification from Formal Specifications of Information Systems. Symbolic Computation [cs.SC]. Sorbonne Université; Université Mohamed Khider (Biskra, Algérie), 2021. English. ⟨NNT : 2021SORUS421⟩. ⟨tel-03987466⟩
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