[論文レビュー] Interface Theories for (A)synchronously Communicating Modal I/O-Transition Systems

Sebastian Bauer, Rolf Hennicker+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 25, 2011

Advanced Software Engineering Methodologies参考文献 12被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、同期的および非同期的通信をサポートするモーダルI/O遷移系（MIO）のインターフェース理論を提案する。非同期通信はFIFOバッファに基づくものであり、弱いモーダル精錬、合成、および適合性が精錬のもとでも保たれることを証明し、並行システムにおける信頼性の高い再利用と独立実装を可能にする形式的基盤を確立する。

ABSTRACT

Interface specifications play an important role in component-based software development. An interface theory is a formal framework supporting composition, refinement and compatibility of interface specifications. We present different interface theories which use modal I/O-transition systems as their underlying domain for interface specifications: synchronous interface theories, which employ a synchronous communication schema, as well as a novel interface theory for asynchronous communication where components communicate via FIFO-buffers.

研究の動機と目的

• コンポーネント指向システムにおける同期的および非同期的通信をサポートするインターフェース理論を形式化すること。
• システム合成における精錬および適合性の保全を通じて、独立実装性と再利用性を確保すること。
• 既存のMIOに基づくインターフェース理論を、出力キューを介した非同期通信を扱えるように拡張すること。
• バッファリングによる無限状態空間を有するシステムにおいて、弱い精錬および適合性の検証を可能にする決定可能フレームワークを提供すること。
• UMLおよびデータ豊富かつ時刻を考慮したシステムの将来の拡張への統合を可能にする基盤を構築すること。

提案手法

• コンポーネントの動作を必須遷移および任意遷移を有するものとしてモデル化するため、モーダルI/O遷移系（MIO）を基礎形式的記法として用いる。
• 出力キュー（FIFOバッファ）を介した非同期合成を定義し、コンポーネント間のメッセージ渡しをモデル化する。
• 非同期適合性（$\rightleftarrows_{\mathit{ac}}$）を導入し、出力メッセージがすべてのパートナーによって最終的に消費されることを要件とする。
• 抽象化および段階的精錬を可能にするために、弱いモーダル精錬（$\leq_{m}^{*}$）を用いる。
• 関数$\Omega_o(S)$を用いて、MIOと出力キューの同期的合成に非同期合成を還元する。この関数は、コンポーネントの出力インターフェースに関してその動作を抽象化する。
• 弱いモーダル精錬および非同期合成のもとで、インターフェース理論の核となる性質—合成可能性、合成的精錬、適合性の保存—が満たされることを証明する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 FIFOバッファを用いた非同期通信をサポートするように、インターフェース理論を拡張できるか？
• RQ2 非同期合成のもとで、弱いモーダル精錬が適合性を保つのか？
• RQ3 非同期通信を行うMIOを合成する際、合成的精錬は保たれるか？
• RQ4 独立実装性を支援する形で、非同期適合性を形式的に定義および検証できるか？
• RQ5 無限大のキューが存在する状況において、非同期適合性および精錬が決定可能であるための条件は何か？

主な発見

• 本稿は、非同期合成、弱いモーダル精錬、および適合性が、合成可能性、合成的精錬、適合性保存という3つの必須条件を満たす有効なインターフェース理論を確立した。
• 非同期適合性は、コンポーネントが出力するすべてのメッセージが、通信相手によって最終的に消費されることを要件として定義され、信頼性の高いメッセージ配信を保証する。
• 弱いモーダル精錬（$\leq_{m}^{*}$）は非同期合成のもとでも保たれ、正しく局所的な精錬が合成系に伝搬されることを可能にする。
• 変換$\Omega_o(S)$により、出力キューを備えたMIOの同期的合成に非同期合成を還元でき、既存の検証技術の再利用が可能になる。
• 非同期適合性は一般に決定不能であるが、本稿では検証のための決定可能基準への道筋を同定している。
• 本フレームワークは有限状態MIOに対して効率的な検証を可能とし、MIO WorkbenchやUMLモデリングへの統合の基盤を提供する。