[논문 리뷰] LTLf and LDLf Monitoring: A Technical Report

Giuseppe De Giacomo, Riccardo De Masellis외 3명|arXiv (Cornell University)|2014. 04. 30.

Formal Methods in Verification참고 문헌 17인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 LTLf와 LDLf를 사용하여 비즈니스 프로세스의 런타임 모니터링을 위한 선언적 프레임워크를 제안한다. 이는 다른 약속의 모니터링 상태에 의존하는 보상 규칙과 같은 메타약속(예: 보상 규칙)을 포함한 약속과 메타약속을 직접 기술하고 검사할 수 있도록 한다. LDLf 공식을 비결정성 유한 오토마타(NFA)로 직접 변환하는 방법을 도입하여 브ühni 또는 교환 오토마타를 거치지 않고도 복잡한 오토마타 구축을 피한다. 이 접근법은 ProM 플러그인으로 구현되어 형식적 기반을 지닌 실시간 준수 검사가 가능하다.

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.

연구 동기 및 목표

• 비즈니스 프로세스 관리(BPM)에서 유한 추적 시간 논리 성질을 모니터링하기 위한 체계적이고 형식적으로 기반을 지닌 기법의 부족을 해결하기 위해.
• 다른 약속의 모니터링 상태에 따라 조건적으로 작동하는 메타약속(예: 보상 또는 반대의무)의 기술 및 런타임 검사를 가능하게 하기 위해.
• Büchi 또는 교환 오토마타와 같은 복잡한 오토마타 구축을 거치지 않고도 LDLf 공식을 비결정성 유한 오토마타(NFA)로 직접 효율적으로 변환하기 위해.
• 이 접근법을 ProM 6 프로세스 마이닝 프레임워크에 구현하고 운영 지원 플러그인으로 통합하여 실시간 모니터링을 위한 의사결정 지원 기능을 제공하기 위해.

제안 방법

• LTLf와 정규 표현식을 결합한 LDLf를 활용하여 시스템 약속과 모니터링 메타약속을 선언적으로 표현한다.
• LDLf 공식을 비결정성 유한 오토마타(NFA)로 직접 변환하는 방법을 개발하여 브ühni 또는 교환 오토마타를 거치는 중간 단계를 피한다.
• 논리 자체를 사용하여 RV-LTL 모니터 조건(예: 공식이 만족되었는지, 위반되었는지, 여전히 열려 있는지 등)을 표현함으로써 논리 공식을 통한 메타모니터링을 가능하게 한다.
• 특정 약속이 위반되는 경로를 포괄하는 정규 표현식을 구성함으로써 후속 약속(예: 보상)의 조건부 시행을 가능하게 한다.
• dk.brics.automaton 라이브러리를 사용하여 효율적인 오토마타 조작을 지원하는 ProM 6 운영 지원 플러그인으로 이 접근법을 구현한다.
• 유한 상태 오토마타를 사용하여 현재 실행 프리픽스가 주어진 LDLf 공식을 만족하거나 위반하는지 여부를 확인함으로써 실시간 의사결정 지원을 지원한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 보상 규칙과 같이 위반이 발생한 후에만 작동하는 모니터링 메타약속(예: 보상 규칙)을 논리 기반 모니터링 프레임워크에서 형식적이고 선언적으로 어떻게 포괄할 수 있는가?
• RQ2 Büchi 또는 교환 오토마타 구축을 거치지 않고 LDLf 공식을 비결정성 유한 오토마타(NFA)로 직접 변환할 수 있는가?
• RQ3 표준 RV-LTL 모니터 조건(예: 만족, 위반, 열려 있음)을 시스템 약속에 사용된 동일한 논리 내에서 표현할 수 있는가?
• RQ4 결과로 도출된 모니터링 프레임워크는 ProM과 같은 기존 프로세스 마이닝 도구에 어떻게 효과적으로 통합되어 실시간 운영 의사결정 지원에 기여할 수 있는가?

주요 결과

• LDLf는 시스템 수준의 약속 외에도 다른 약속의 모니터링 상태에 관한 메타약속, 예를 들어 보상 행동을 활성화할 시점을 기술할 수 있다.
• Büchi 또는 교환 오토마타를 거치지 않는 LDLf 공식에서의 직접적인 NFA 구축은 복잡한 오토마타 구축을 피함으로써 효율적인 런타임 모니터링을 가능하게 한다.
• 이 방법은 RV-LTL 모니터 조건(예: 공식이 만족되었는지 또는 위반되었는지 여부)의 형식적 기술과 런타임 검사를 논리 자체 내에서 지원한다.
• ProM 6 플러그인으로 구현된 이 접근법은 약속과 메타약속에 대한 실시간 모니터링을 가능하게 하며, 실행 중 약속의 진전 상황에 대한 시각적 피드백을 제공한다.
• LDLf의 더 높은 표현력에도 불구하고, 이 방법은 LTLf와 동일한 계산 복잡도를 달성한다. 이는 LDLf가 유한 추적에 대한 단항 제2차 논리 전부를 표현할 수 있기 때문이다.
• 이 프레임워크는 보상의무와 같은 고급 준수 모니터링을 위한 선언적 기반을 제공하며, 비공식적인 알고리즘을 논리적 서비스로 대체한다.