[論文レビュー] An Operational Semantics for Activity Diagrams using SMV

Shahar Maoz, Jan Oliver Ringert+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 8, 2014

Advanced Software Engineering Methodologies参考文献 44被引用数 20

ひとこと要約

本稿では、活動図（ADs）をSMV形式に翻訳することで、並列動作およびデータ処理の正確なモデリングを可能にする、操作的意味論を提案する。翻訳は並列ブランチのインタリーブ実行をサポートしており、意味的差分フレームワークにおける実装を通じて検証され、形式的検証の文脈において正しさと表現力が示された。

ABSTRACT

This document defines an operational semantics for activity diagrams (ADs) using a translation to SMV. The translation is inspired by the work of Eshuis [Esh06] and extends it with support for data. Each execution step of the SMV module obtained from an AD represents an executed action of this AD with interleaved execution of concurrent branches. An implementation of the given translation was used in the context of semantic differencing for ADs [MRR11]. We define the translation and give two examples, showing ADs and their complete representation in SMV.

研究の動機と目的

• 並列およびデータに配慮した実行を捉える活動図の形式的操作的意味論を定義すること。
• 既存のSMVベースの翻訳を、活動図におけるネイティブなデータ操作のサポートで拡張すること。
• モデル検査を用いてADの振る舞いについて正確で機械検査可能な推論を可能にすること。
• ADの意味的差分のためのツールで用いられるような形式的解析を支援すること。
• UML活動図と形式的検証の間のギャップをSMVを介して埋めること。

提案手法

• 制御およびデータフローを保持する形式的なマッピングを用いて、活動図をSMVモジュールに翻訳すること。
• AD内の各アクションをSMV状態機械における離散的ステップとしてモデル化すること。
• SMVにおけるインタリーブ実行意味論を通じて、並列ブランチをサポートすること。
• 代入や条件などのデータ操作を、SMVの論理および状態変数に直接符号化すること。
• SMVのモデル・チェッカーを用いて、翻訳されたADの振る舞いに関する性質を検証すること。
• 完全なSMV表現を示す2つの詳細な例を通じて、翻訳の検証を実施すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 活動図をSMVのようなモデル・チェッカーに形式的にマッピングする方法は何か？ その際、操作的意味論が保持されるか？
• RQ2 ADのSMVベースの翻訳において、データ処理をサポートするために必要な拡張は何か？
• RQ3 翻訳が、ADにおけるインタリーブされたアクションを含む並列実行を正しくモデル化できるか？
• RQ4 データ操作の組み込みが、SMV翻訳の表現力および正しさに与える影響は何か？
• RQ5 この形式的定式化は、意味的差分のような自動解析タスクをどの程度サポートできるか？

主な発見

• 翻訳は、並列ブランチのインタリーブ実行を成功裏にモデル化し、元のADの意図された意味論を保持した。
• SMV翻訳にデータ操作を組み込むことで、ADにおけるデータ依存の振る舞いについての形式的推論が可能になった。
• 本手法は実装され、過去のADの意味的差分フレームワークで使用されており、実用的応用性が示された。
• 完全な2つの例が提供され、制御フローおよびデータ処理を含むADの完全なSMV表現が示された。
• 本アプローチにより、SMVのモデル検査機能を用いたADの形式的検証が可能になり、振る舞いモデルの正しさが保証された。
• 形式的定式化は、正確で機械検査可能な実行トレースをサポートしており、ソフトウェア工学的文脈における信頼性を向上させた。