Mission-driven Software-intensive System-of-Systems Architecture Design
Conception d’architecture de système-de-systèmes à logiciel prépondérant dirigée par les missions
Résumé
The formulation of missions is the starting point to the development of Systems-of-Systems (SoS), being used as a basis for the specification, verification and validation of SoS architectures. Specifying, verifying and validating architectural models for SoS are complex tasks compared to usual systems, the inner complexity of SoS relying specially on emergent behaviors, i.e. features that emerge from the interactions among constituent parts of the SoS which cannot be predicted even if all the behaviors of all parts are completely known. This thesis addresses the synergetic relationship between missions and architectures of software-intensive SoS, giving a special attention to emergent behaviors which are created for achieving formulated missions. We propose a design approach for the architectural modeling of SoS driven by the mission models. In our proposal, the mission model is used to both derive, verify and validate SoS architectures. As first step, we define a formalized mission model, then we generate the structure of the SoS architecture by applying model transformations. Later, when the architect specifies the behavioral aspects of the SoS, we generate concrete SoS architectures that will be verified and validated using simulation-based approaches, in particular regarding emergent behaviors. The verification uses statistical model checking to verify whether specified properties are satisfied, within a degree of confidence. The formalization in terms of a temporal logic and statistical model checking are the formal foundations of the developed approach. A toolset that implements the whole approach was also developed and experimented.
La formulation des missions est le point de départ du développement de systèmes-de- systèmes, étant utilisée comme base pour la spécification, la vérification et la validation d’architectures de systèmes-de-systèmes. Élaborer des modèles d’architecture pour systèmes-de-systèmes est une activité complexe, cette complexité reposant spécialement sur les comportements émergents, c'est-à-dire, des comportements issus des interactions entre les parties constituantes d’un système-de-systèmes qui ne peuvent pas être prédits même si on connaît tous les comportements de tous les systèmes constituants. Cette thèse adresse le lien synergique entre mission et architecture dans le cadre des systèmes-de-systèmes à logiciel prépondérant, en accordant une attention particulière aux comportements émergents créés pour réaliser les missions formulées. Nous proposons ainsi une approche pour la conception d’architecture de systèmes-de-systèmes dirigée par le modèle de mission. Dans notre approche, le modèle de mission sert à dériver et à valider les architectures de systèmes-de-systèmes. Dans un premier temps, nous générons la structure de l’architecture à l’aide de transformations de modèles. Ensuite, lors que l’architecte spécifie les aspects comportementaux, la description de l’architecture résultante est validée à l’aide d’une démarche conjointe qui comprend à la fois la vérification des propriétés spécifiées et la validation par simulation des comportements émergents. La formalisation en termes de logique temporelle et la vérification statistique de modèles sont les fondements formels de l’approche. Un outil mettant en œuvre l’ensemble de l’approche a été également développé et expérimenté.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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