[論文レビュー] A Family of Simulation Criteria to Guide DEVS Models Validation Rigorously, Systematically and Semi-Automatically

Diego A. Hollmann, Maximiliano Cristiá+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 26, 2014

Simulation Techniques and Applications参考文献 38被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、DEVSモデルの検証のための形式的で体系的かつ部分自動化可能なシミュレーション基準のファミリを、数学的構造の分析によって提案する。状態変数、入力イベント、時間間隔に基づく分割基準を適用することで、最小限でありながら包括的なテストシナリオの集合が生成され、検証カバレッジを著しく向上させ、熟練者の直感への依存を低減する。これにより、検証プロセスの部分的な自動化が可能になる。

ABSTRACT

The most common method to validate a DEVS model against the requirements is to simulate it several times under different conditions, with some simulation tool. The behavior of the model is compared with what the system is supposed to do. The number of different scenarios to simulate is usually infinite, therefore, selecting them becomes a crucial task. This selection, actually, is made following the experience or intuition of an engineer. Here we present a family of criteria to conduct DEVS model simulations in a disciplined way and covering the most significant simulations to increase the confidence on the model. This is achieved by analyzing the mathematical representation of the DEVS model and, thus, part of the validation process can be automatized.

研究の動機と目的

• DEVSモデル検証のための代表的なシミュレーション設定を選択する課題に対処すること。これは、しばしば主観的または直感的に行われる。
• ヒューリスティックな選択に代えて、形式的で数学的根拠に基づく基準を用いることで、重要なエラーケースを見落とすリスクを低減すること。
• DEVSモデルの数学的表現から直接シミュレーションシナリオを導出することにより、検証プロセスの部分的な自動化を可能にすること。
• 包括的なシミュレーションを実施しないままでも、主要な行動シナリオをカバーすることにより、シミュレーション結果に対する信頼性を向上させること。
• DEVSモデルを後続のソフトウェア実装およびテストのための形式的仕様として使用することを支援すること。

提案手法

• 状態変数（例：投入された金額、マシンの状態）のドメイン分割を適用し、初期状態の同値クラスを生成する。
• 可能な入力とそのタイミングに基づいて入力イベントの分割を定義する。これには、ヌルイベント（τ）を含む。
• 主な時間変数（例：it、ot、e）と、[0, it]、[it, ot]、[ot, it] などの重要な時間間隔に基づいて時間の分割を構築する。
• 論理積を用いて分割を組み合わせ、異なる行動シナリオを表す合成シミュレーション設定クラス（SCC）を生成する。
• 得られたSCCを形式的なシミュレーションテストケースとして用い、モデル実行と期待される振る舞いとの比較をガイドする。
• シミュレーション出力を抽象化し、要件と照合して差異を検出することで、構造的な方法でオラクル問題に対処する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 熟練者の直感に依存せずに、DEVSモデルのシミュレーション設定を体系的かつ厳密に選択する方法は何か？
• RQ2 DEVSモデルの数学的構造から導出可能な、行動シナリオの包括的カバレッジを保証する形式的基準は何か？
• RQ3 DEVSモデルの検証プロセスを、モデルの形式的表現の分析によってどの程度部分自動化できるか？
• RQ4 得られたシミュレーションテストケースは、DEVSモデルから導出したソフトウェア実装のテストにどの程度再利用可能か？
• RQ5 このアプローチを結合DEVSモデルや他の形式的記法へ一般化するために、どのような拡張が必要か？

主な発見

• 提案された基準により、有限で重複のないシミュレーション設定の集合が生成され、重要な行動シナリオをカバーする。これにより、臨時のテストの必要性が著しく低下する。
• 状態、入力、時間変数の分割を組み合わせることで、従来見過ごされていたエラーケース（例：投入金額がドリンクの価格未満の場合）が特定される。
• 数学的モデルから直接テストケースを体系的に導出できるため、再現性が向上し、検証における人為的バイアスが低減される。
• 検証の部分的な自動化を支援する。これにより、DEVSモデルを解析し、シミュレーションテストスイートを生成するツールの開発への道筋が開かれる。
• DEVSモデルから導出したソフトウェア実装のテストケースを生成するためのフレームワークとして、このアプローチを拡張可能である。