시각적이고 비정형적인 구조로 표현된 휘처 모델(Feature model)은 구문적 명확성을 보장할 수 없고, 자동화 툴(tool)에 의한 구문(syntax)의 검증이 어렵다. 따라서, 휘처 모델이 가진 구조물의 구문적 명확성을 입증하기 위한 정형적 명세와 모델 검사(model checking)가 필요하다. 본 논문은 Z 언어를 이용한 휘처 모델의 정형적 명세와 모델 검사를 통해서, 휘처 모델의 정확성을 검사하는 기법을 제시한다. 이를 위해, 휘처 모델과 Z간 변환 규칙을 정의하고, 이 규칙에 의거하여 휘처 모델의 구문에 대해 Z 스키마(schema)로 명세한다. 모델 검사는 Z 스키마 명세에 대해 Z/Eves 툴을 사용하여 구문, 타입 검사(type checking), 그리고 도메인 검사(domain checking)를 수행하여 모델의 모호성을 검사한다. 이로서, 휘처 모델의 구조물을 좀더 명확하게 표현할 수 있으며, 설계된 모델의 오류를 검사할 수 있다.
하드웨어 검증에서 성공적으로 적용되었던 모델 검증 기법을 소프트웨어 검증에 활용하는 연구가 활발하다. 이러한 연구 중의 하나가 바운디드 모델 검증이다. 바운디드 모델 검증에서는 모델이 갖는 상태 공간을 한꺼번에 모두 탐색하기보다는 모델의 탐색 범위를 점진적으로 넓혀가면서 에러를 찾는다. 본 논문에서는 이러한 바운디드 모델 검증을 이용하여 BOGOR의 입력 언어인 BIR를 검증하였다. 그 결과 BOGOR에서 제공되는 명시적 모델 검증 기능 보다 우수한 성능을 보였다. 본 논문에서는 BIR 언어를 CNF 논리식으로 변환하는 방법과 단계적 절차를 기술한다.
In this paper, we present a formal method for modeling and checking an enhanced version of the carrier sense multiple access with collision avoidance protocol related to the IEEE 802.11 MAC layer, which has been proposed as the standard protocol for wireless local area networks. We deal mainly with the distributed coordination function (DCF) procedure of this protocol throughout a sequence of transformation steps. First, we use the unified modeling language state machines to thoroughly capture the behavior of wireless stations implementing a DCF, and then translate them into the input language of the UPPAAL model checking tool, which is a network of communicating timed automata. Finally, we proceed by checking of some of the safety and liveness properties, such as deadlock-freedom, using this tool.
본 논문은 LTS 프로세스 명세 검증을 위해 프로토콜의 행위와 상태에 대한 deadlock, livelock, reachability, liveness 검증을 위한 모델 검증기 구현에 대해 기술하였다. Modal mu-calculus를 사용하여 구현된 모델 검증기는 modal logic으로 표현된 프로토콜 특성이 LTS 명세하에서 만족하는지를 자동적으로 검증해 주는 model checking 도구이고 LTS 명세의 Safety와 Liveness 검증에 매우 강력한 성능을 보이는 것을 구현을 통해 실험적으로 증명하였다. 제시된 도구는 Windows NT 환경하에서 IBM PC로 $C^{++}$언어를 사용하여 구현되었다.
모델 체킹은 주어진 모델과 속성간의 만족성 관계를 검사한다. 만일 모델이 속성을 만족하지 않는 경우, 모델 체킹은 그 이유를 담은 반례를 생성한다. 반례는 모델의 디버깅에 사용되며 모델을 이해하는데 도움을 주기 때문에, 반례 생성은 모델 체킹의 필수 구성 요소 중의 하나이다. 본 논문에서는 모델 체킹에서 안전성 속성이 위반되었을 때 그에 대한 반례를 효율적으로 생성하는 방법을 제시하였고, 푸쉬 푸쉬 게임 풀이에 제안한 방법을 적용했다. 그 결과, 기존 NuSMV로는 전체 50게임 중에서 42게임밖에 풀지 못했으나 본 논문의 방법으로는 50게임을 모두 풀었다. 뿐만 아니라, 반례 생성에 소요된 시간과 메모리 사용량이 기존 NuSMV에 비해서 각각 $86{\%}$와 $62{\%}$ 개선되었다.
병행 컴포넌트를 포함하는 소프트웨어는 디버깅하기가 매우 어렵다. 따라서 철저하면서도 자동화된 검증 도구의 사용이 필수적이다. 이러한 도구 개발의 노력 중 하나가 바운드 모델 체킹 도구이다. 바운드 모델 체킹은 주어진 바운드 k 안에서 시스템의 실행 경로에 에러가 존재하는지를 철저히 검사한다. 본 논문에서는 LTS로 모델링 된 병행 프로그램을 검증하는 바운드 모델 체킹 도구를 소개한다. 이 도구에서 속성은 FLTL로 기술되는데 FLTL은 LTS 모델에서 액션을 가지고 속성을 표현하기에 적합하다. 우리는 기존 모델 체커들과의 실험을 통해서 개발된 도구의 성능을 비교분석한다.
본 연구에서는 추상 도달가능성 그래프(ARG) 기반의 소프트웨어 모델체킹에서 그래프 탐색전략을 설정할 수 있는 새로운 방법을 제시한다. ARG의 여러 실행 경로를 하나로 묶어 모델체킹 성능을 향상시키는 기법인 블록 인코딩(Block Encoding) 기법을 활용하는 경우 기존의 기법들은 인코딩 전의 ARG에서 인코딩을 효과적으로 수행할 수 있는 탐색전략만을 고려하였을 뿐 실제 모델체킹의 성능을 좌우할 수 있는 인코딩 후의 ARG에 대한 탐색전략을 고려하지 못하는 문제가 있었다. 본 연구에서는 기존 연구에서 제시된 탐색 기법을 사용하여 블록 인코딩을 효과적으로 수행하는 동시에 인코딩된 후의 ARG에 대한 탐색 순서를 고려할 수 있는 이중 탐색전략 기법을 제시한다. 또한 탐색 순서의 변화가 모델체킹의 성능에 미치는 영향을 확인하기 위하여 제시하는 기법을 오픈소스 모델체킹 도구에 구현하고 벤치마크 실험을 수행하였으며 탐색전략이 달라지면 모델체킹의 성능이 달라지는 현상을 확인하였다.
The primary purpose of this study is to develop an automation tool capable of converting the specification of structured analysis into that of structured design. Structured Analysis and Structured Design Language (SASDL) is a computer-aided description language based on ERA model and particulariged by ISLDM/SEM. The automation tool utilizes the specifications of data flow diagram described in SASDL to produce their corresponding SASDL specification of structure chart. The main idea behind the automatic conversion process is to categorize the bubbles in data flow diagram and to determine the positions of the bubbles in structure chart according to their categories and the relative locations in data flow diagram. To make the problem into manageable size, the whole system is broken down into separate parts called activity units. A great deal of manual jobs, such as checking processes leveling, checking data derivation of processes, deriving structure chart from data flow diagram, checking any inconsistency between data flow diagram and structure chart and so forth, can be automated by using SASDL and conversion tool. The specification of structure chart derived by conversion tool may be used in an initial step of design to be refined by SASDL users.
임베디드 소프트웨어는 크기나 기능면에서 복잡하기 때문에 에러가 숨어있을 확률이 높다. 그래서 에러를 효과적으로 찾아낼 수 있는 방법이 절실히 요구된다. 임베디드 소프트웨어에서 잠재적인 오류를 찾아내는 기술중의 하나가 모델 체킹이며, 대표적인 연구로서 SLAM 이 있다. SLAM은 임베디드 C 프로그램의 안전성 속성을 검증하는 소프트웨어 모델 체킹 도구이다. 본 논문에서는 임베디드 자바 프로그램을 검증하는 모델 체킹 도구를 개발했다. SLAM과는 달리 자바 프로그램의 안전성뿐만 아니라 궁극성 속성을 모두 검증할 수 있다. 개발된 모델 체킹 도구를 이용하여 레고 로봇을 제어하는 임베디드 자바 프로그램의 속성을 검증하였다.
As a very important part in development of the protocol, verifications for developed protocol specification are complementary techniques that are used to increase the level of confidence in the system functions by their specifications. Using the informal method for specifying the protocol, some ambiguity may be contained therein. This indwelling ambiguity in control systems can cause the occurrence of accidents, especially in the case of safety-critical systems. To clear the vagueness contained in the designed protocol, we use the LTS (Labeled Transition System) model to design the protocol for railway signaling. And then, we verify the safety and the liveness properties formally through the model checking method. The modal ${\mu}$-calculus, which is an expressive method of temporal logic, has been applied to the model checking method. We verify the safety and liveness properties of Korean standard protocol for railway signaling systems. To perform automatic verification of the safety and liveness properties of the designed protocol, a communication verification tool is implemented. The developed tools are implemented by C++ language under Windows XP. It is expected to increase the safety and reliability of communication protocol for signaling systems by using the developed communication verification tool.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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