[論文レビュー] LTLf and LDLf Monitoring: A Technical Report

Giuseppe De Giacomo, Riccardo De Masellis+3 more|arXiv (Cornell University)|Apr 30, 2014

Formal Methods in Verification参考文献 17被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、LTLf および LDLf を用いた実行時監視のための宣言的枠組みを提案する。これにより、他の制約の監視状態に依存する、補償ルールなどのメタ制約を直接指定・検証できる。LDLf 公式を非決定的有限オートマトン（NFAs）に直接変換する手法を導入し、 Büchi オートマトンや交互オートマトンを経由する必要を回避する。また、実時間での適合性チェックを可能にする形式的裏付けを備えた ProM プラグインとして実装されている。

ABSTRACT

Runtime monitoring is one of the central tasks to provide operational decision support to running business processes, and check on-the-fly whether they comply with constraints and rules. We study runtime monitoring of properties expressed in LTL on finite traces (LTLf) and in its extension LDLf. LDLf is a powerful logic that captures all monadic second order logic on finite traces, which is obtained by combining regular expressions and LTLf, adopting the syntax of propositional dynamic logic (PDL). Interestingly, in spite of its greater expressivity, LDLf has exactly the same computational complexity of LTLf. We show that LDLf is able to capture, in the logic itself, not only the constraints to be monitored, but also the de-facto standard RV-LTL monitors. This makes it possible to declaratively capture monitoring metaconstraints, and check them by relying on usual logical services instead of ad-hoc algorithms. This, in turn, enables to flexibly monitor constraints depending on the monitoring state of other constraints, e.g., "compensation" constraints that are only checked when others are detected to be violated. In addition, we devise a direct translation of LDLf formulas into nondeterministic automata, avoiding to detour to Buechi automata or alternating automata, and we use it to implement a monitoring plug-in for the PROM suite.

研究の動機と目的

• ビジネスプロセス管理（BPM）における有限トレース時相論理的性質の監視について、体系的で形式的裏付けのある手法が不足しているという問題に対処すること。
• 他の制約の監視状態に応じて条件付きで活性化されるメタ制約（例：補償、反対義務）の指定と実行時チェックを可能にすること。
• Büchi オートマトンや交互オートマトンの複雑な構成を経由せずに、LDLf 公式を非決定的有限オートマトン（NFAs）に直接かつ効率的に変換する手法を提供すること。
• 本手法を ProM 6 プロセスマイニングフレームワークに実装・統合し、実時間監視に適した運用意思決定支援プラグインとして提供すること。

提案手法

• LTLf と正規表現を組み合わせた論理である LDLf を活用し、システム制約と監視メタ制約を宣言的に表現する。
• LDLf 公式を非決定的有限オートマトン（NFAs）に直接変換する手法を開発し、 Büchi オートマトンや交互オートマトンを経由する中間ステップを回避する。
• 論理自体を用いて RV-LTL 監視条件（例：式が満たされたか、違反されたか、まだ未解決か）を表現し、論理式によるメタ監視を可能にする。
• 特定の制約が違反される経路を捉える正規表現を構築し、その後続制約（例：補償）の条件付き実行を可能にする。
• dk.brics.automaton ライブラリを用いて効率的なオートマトン操作を実現し、ProM 6 の運用支援プラグインとして本手法を実装する。
• 有限状態オートマトンを用いて、現在の実行プレフィックスが与えられた LDLf 公式を満たすか違反するかをチェックし、実時間意思決定支援を支援する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 監視メタ制約（例：違反後にのみ活性化される補償ルール）を、論理ベースの監視枠組み内で形式的かつ宣言的に捉えるにはどうすればよいか？
• RQ2 Büchi オートマトンや交互オートマトンの構成を経由せずに、LDLf 公式を非決定的有限オートマトン（NFAs）に直接変換することは可能か？
• RQ3 標準的な RV-LTL 監視条件（例：満たされた、違反された、未解決）を、システム制約に使用される同一の論理内で表現することは可能か？
• RQ4 得られた監視枠組みを、ProM などの既存のプロセスマイニングツールに効果的に統合し、実時間での運用意思決定支援に活用できるか？

主な発見

• LDLf はシステムレベルの制約に加え、他の制約の監視状態に関するメタ制約（例：補償動作をいつ開始するか）を表現可能である。
• Büchi オートマトンや交互オートマトンを経由する必要がなく、LDLf 公式から直接 NFA を構築することで、複雑さを回避し、効率的な実行時監視が可能になる。
• 本手法は、RV-LTL 監視条件（例：式が満たされたか、違反されたか）の形式的指定と実行時チェックを、論理自体の中に統合可能である。
• ProM 6 プラグインとしての実装により、制約およびメタ制約の両方を実時間で監視可能であり、実行中の制約の進捗を視覚的にフィードバックできる。
• LDLf の高い表現力にもかかわらず、LTLf と同等の計算複雑性を達成しており、有限トレース上のモノディック第二階論理をすべて表現可能である。
• 本フレームワークは、反対義務義務など高度な適合性監視のための宣言的基盤を提供し、アドホックなアルゴリズムに代わる論理的サービスを実現する。