De nombreux systèmes réels et applications, tels que les ateliers flexibles et systèmes embarqués, sont formés de tâches communicantes et sont modélisables par des réseaux de Petri pondérés. Le comportement de ces systèmes peut être vérifié sur leur modèle dès la phase de conception afin d'éviter les simulations post-conception coûteuses. Ces systèmes doivent satisfaire trois propriétés : vivacité, capacité bornée et réversibilité. La vivacité préserve la possibilité d'exécuter chaque tâche. La capacité bornée assure une quantité limitée de ressources. La réversibilité évite une initialisation coûteuse et permet de réinitialiser le système. Les méthodes d'analyse de ces propriétés ont généralement une complexité exponentielle. Dans cette thèse, nous étudions plusieurs sous-classes expressives des réseaux de Petri pondérés, soient les classes Fork-Attribution, Choice-Free, Join-Free et Equal-Conflict, pour lesquelles nous développons les premiers algorithmes polynomiaux garantissant vivacité, capacité bornée et réversibilité. Premièrement, nous apportons des transformations polynomiales qui préservent de nombreuses propriétés des réseaux de Petri pondérés et facilitent l'étude de leur comportement. Deuxièmement, nous utilisons ces transformations pour obtenir plusieurs conditions polynomiales suffisantes de vivacité pour les sous-classes considérées. Enfin, ces transformations simplifient l'étude de la réversibilité sous hypothèse de vivacité. Nous donnons plusieurs caractérisations et conditions polynomiales suffisantes de réversibilité pour les sous-classes étudiées. Nos conditions passent à l'échelle et sont aisément implémentables dans les systèmes réels. / Many real systems and applications, including flexible manufacturing systems and embedded systems, are composed of communicating tasks and may be modeled by weighted Petri nets. The behavior of these systems can be checked on their model early on at the design phase, thus avoiding costly simulations on the designed systems. Usually, the models should exhibit three basic properties: liveness, boundedness and reversibility.Liveness preserves the possibility of executing every task, while boundedness ensures that the operations can be performed with a bounded amount ofresources. Reversibility avoids a costly initialization phase and allows resets of the system.Most existing methods to analyse these properties have exponential time complexity.By focusing on several expressive subclasses of weighted Petri nets, namely Fork-Attribution, Choice-Free, Join-Free and Equal-Conflict nets,the first polynomial algorithms that ensure liveness, boundednessand reversibility for these classes have been developed in this thesis.First, we provide several polynomial time transformations that preserve structural andbehavioral properties of weighted Petri nets, while simplifying the study of their behavior.Second, we use these transformations to obtain several polynomial sufficient conditions of livenessfor the subclasses considered. Finally, the transformations also prove useful for the study of the reversibility propertyunder the liveness assumption. We provide several characterizations and polynomial sufficient conditionsof reversibility for the same subclasses. All our conditions are scalable and can be easily implemented in real systems.

À l'instar d'œuvres telles que Kinoautomat de Radúz Činčera, SAM - Sound Activated Mobile d'Edward Ihnatowicz et Glowflow de Myron Krueger, des artistes ont développé, dès les années 1960, des installations artistiques engageant des situations d'interaction collective co-localisée inédites, c'est-à-dire impliquant plusieurs voire de nombreux spectateurs interagissant dans le même lieu via et avec un dispositif informatique. Le nombre de ces travaux ne cesse d'augmenter depuis le début du 21ème siècle, profitant des nouvelles opportunités offertes par les avancées dans les technologies de vision par ordinateur en temps réel et par l'avènement de l'informatique ubiquitaire marquée par la multiplication et l'interopérabilité des appareils informatiques mobiles. Si les expériences en la matière sont de plus en plus fréquentes, elles n'ont jusqu'à ce jour fait l'objet d'aucune analyse structurée et, encore moins, de propositions d'outils et de méthodes de conception dédiés. Comment, aujourd'hui, concevoir de tels dispositifs artistiques interactifs dont la complexité intrinsèque implique des questions aussi bien de l'ordre technique, social, cognitif qu'esthétique ? Cette thèse met à contribution des travaux antérieurs dans les domaines de l'interaction homme-machine (IHM), du travail coopératif assisté par ordinateur (TCAO) et des arts interactifs dans le but d'accroître notre connaissance quant aux défis auxquels sont confrontés à la fois les artistes et les participants de telles installations et, au-delà, les concepteurs de ces dispositifs en devenir. Un ensemble d'outils et de lignes directrices sont proposés pour la conception de systèmes d'interaction collective co-localisée pour les installations d'art numérique. Est d'abord développé un système de classification centré sur les aspects les plus décisifs permettant l'émergence d'une expérience collective. Deux approches différentes sont ensuite explorées pour trouver les bases d'un langage de modélisation graphique pour l'analyse et la conception de tels dispositifs. S'appuyant sur les réseaux de Petri, la deuxième approche permet de modéliser aussi bien les ressources spatiales et matérielles d'une installation, que les interactions homme-machine, humain(s)-humain(s) et humain(s)-machine(s)-humain(s). Les investigations menées pour cette recherche ont nécessité de mettre un accent particulier sur les conditions - qu'elles soient spatiales, matérielles ou humaines - qui affectent la capacité pour les participants de telles installations de co-construire une expérience esthétique commune en l'absence d'orchestration ou d'un objectif pré-annoncé à atteindre. Si cette approche singulière concerne en premier lieu les arts interactifs, elle peut revêtir également un caractère pertinent pour d'autres communautés de recherche, y compris et en premier lieu, celle de l'IHM, ainsi que celles du TCAO, des Nouvelles interfaces pour l'expression musicale (NIME), du design d'interaction ou encore de la culture, en particulier de la muséographie. / With works such as Kinoautomat by Radúz Činčera, SAM - Sound Activated Mobile by Edward Ihnatowicz, and Glowflow by Myron Krueger, artists have deployed, as early as the 1960s, art installations engaging novel situations of collective co-located interaction, i.e involving multiple or even many spectators interacting in the same place via and with a digital apparatus. The number of those works has continued to increase since the beginning of the 21st century, taking advantage of the new opportunities offered by advances in real-time computer vision technologies and the advent of ubiquitous computing marked by the multiplication and interoperability of mobile computing devices. While experiences in this area are more and more frequent, they have not yet been the subject of structured analysis and, even less, of proposals for dedicated tools and design methods. How can we, nowadays, conceive such interactive art installations whose intrinsic complexity involves questions of the technical, social, cognitive and aesthetic order? This dissertation draws on previous work in the fields of human-computer interaction (HCI), computer-supported cooperative work (CSCW), and interactive arts research with the aim of increasing our knowledge of the challenges faced both by art practitioners and participants in such collective interactive installations, and, beyond, the designers of apparatus in a promising future. A set of tools and guidelines are proposed when designing collective co-located interactions for digital art installations. First a classification system is developed centered on the most decisive aspects that allow the emergence of a collective experience. Two distinct approaches are then explored to find the bases of a graphical modeling language for the design and analysis of such apparatus. Build on top of Petri nets, the second approach supports modeling the spatial and material resources of an installation, as well as the human-machine, human-human and human-machine-human interactions. The investigations conducted for this research have required laying particular emphasis on the conditions - whether spatial, material, or human - which affect the ability for participants to co-construct a common aesthetic experience in the absence of orchestration or a preannounced goal to be achieved. While this singular approach primarily concerns interactive arts, it may be relevant to a wide range of research communities, including, and foremost, that of HCI, as well as CSCW, New Interfaces for Musical Expression (NIME), interaction design, and even culture, museography in particular.

L'un des aspects fondamentaux des systèmes informatiques modernes, et en particulier des systèmes critiques, est la possibilité d'exécuter plusieurs processus, partageant des ressources communes, de façon simultanée. De par leur nature concurrentielle, le bon fonctionnement de ces systèmes n'est assuré que lorsque leurs comportements ne dépendent pas d'un ordre d'exécution prédéterminé. En raison de cette caractéristique, il est particulièrement difficile de s'assurer qu'un système concurrent ne possède pas de faille. Dans cette thèse, nous étudions la vérification formelle, une approche algorithmique qui vise à automatiser la vérification du bon fonctionnement de systèmes concurrents en procédant par une abstraction vers des modèles mathématiques. Nous considérons deux de ces modèles, les réseaux de Petri et les systèmes d'addition de vecteurs, et les problèmes de vérification qui leur sont associés. Nous montrons que le problème d'accessibilité pour les systèmes d'addition de vecteurs (avec états) à deux compteurs est PSPACE-complet, c'est-à-dire complet pour la classe des problèmes solubles à l'aide d'une quantité polynomiale de mémoire. Nous établissons ainsi la complexité calculatoire précise de ce problème, répondant à une question demeurée ouverte depuis plus de trente ans. Nous proposons une nouvelle approche au problème de couverture pour les réseaux de Petri, basée sur un algorithme arrière guidé par une caractérisation logique de l'accessibilité dans les réseaux de Petri dits continus. Cette approche nous a permis de mettre au point un nouvel algorithme qui s'avère particulièrement efficace en pratique, tel que démontré par notre implémentation logicielle nommée QCover. Nous complétons ces résultats par une étude des systèmes de transitions bien structurés qui constituent une abstraction générale des systèmes d'addition de vecteurs et des réseaux de Petri. Nous considérons le cas des systèmes de transitions bien structurés à branchement infini, une classe qui inclut les réseaux de Petri possédant des arcs pouvant consommer ou produire un nombre arbitraire de jetons. Nous développons des outils mathématiques facilitant l'étude de ces systèmes et nous délimitons les frontières au-delà desquelles la décidabilité des problèmes de terminaison, de finitude, de maintenabilité et de couverture est perdue. / One fundamental aspect of computer systems, and in particular of critical systsems, is the ability to run simultaneously many processes sharing resources. Such concurrent systems only work correctly when their behaviours are independent of any execution ordering. For this reason, it is particularly difficult to ensure the correctness of concurrent systems.In this thesis, we study formal verification, an algorithmic approach to the verification of concurrent systems based on mathematical modeling. We consider two of the most prominent models, Petri nets and vector addition systems, and their usual verification problems considered in the literature.We show that the reachability problem for vector addition systems (with states) restricted to two counters is PSPACE-complete, that is, it is complete for the class of problems solvable with a polynomial amount of memory. Hence, we establish the precise computational complexity of this problem, left open for more than thirty years.We develop a new approach to the coverability problem for Petri nets which is primarily based on applying forward coverability in continuous Petri nets as a pruning criterion inside a backward coverability framework. We demonstrate the effectiveness of our approach by implementing it in a tool named QCover.We complement these results with a study of well-structured transition systems which form a general abstraction of vector addition systems and Petri nets. We consider infinitely branching well-structured transition systems, a class that includes Petri nets with special transitions that may consume or produce arbitrarily many tokens. We develop mathematical tools in order to study these systems and we delineate the decidability frontier for the termination, boundedness, maintainability and coverability problems for these systems.

L'un des problèmes fondamentaux de test pour les systèmes à événements discrets (SEDs) est l'identification d'un état final, c'est-à-dire, étant donné un système dont l'état courant est inconnu, trouver une séquence d'événements d'entrée pouvant le conduire à un état connu. Les séquences de synchronisation (SS), sans information de sortie, sont une solution classique à ce problème. Dans cette thèse, nous étudions la détermination des SS pour des systèmes modélisés par des réseaux de Petri synchronisés (SynPN) non bornés, une classe de réseaux de Petri avec des entrées. Dans la première partie de cette thèse, nous développons deux méthodes: 1) construction d'une représentation finie, appelée improved modified coverability graph (IMCG), pour d'écrire exactement l'espace d'états infini d'un 1-place-unbounded SynPN; 2) conversion d'un 1-place-unbounded SynPN en un automate pondéré (WA) fini et sauf équivalent. Les deux graphes sont ainsi potentiellement des outils puissants pour déterminer les SS pour une telle sous-classe de réseaux de Petri. Dans la seconde partie de cette thèse, nous développons des algorithmes de calcul pour deux problèmes de synchronisation de localisation dans le cas où l'IMCG ou le WA sont déterministes : synchronisation sur un seul nœud et synchronisation sur un sous-ensemble de nœuds de ces deux graphes. L'avantage de ces algorithmes de calcul est de réduire le calcul sur les graphes globaux (IMCG ou WA) à celui du plus petit sous-graphe: la composante fortement connectée ergodique peut réduire l'effort de calcul mais peut également être appliquée lorsque le IMCG ou le WA équivalent déterministes ne sont pas fortement connexes / One of the fundamental testing problems for discrete event systems (DESs) is the identification of a final state, i.e., given a system whose current state is unknown, find an input sequence that can drive it to a known state. Synchronizing sequences (SSs), without output information, are one conventional solution to this problem. In this thesis, we address the computation of SSs for systems modeled by unbounded synchronized Petri nets (SynPNs), a class of Petri nets with inputs. In the first part of this thesis, we utilize two methods: 1) construct a finite representation, called improved modified coverability graph (IMCG), to exactly describe the infinite state space of a 1-place-unbounded SynPN; 2) convert a 1-place-unbounded SynPN into an equivalent finite location weighted automaton (WA) with safety conditions. Both graphs are thus, potentially, useful tools to compute SSs for such subclass of nets. In the second part of this thesis, we develop computation algorithms for two location synchronization problems in the case either the IMCG or the WA is deterministic: synchronization into a single node and synchronization into a subset of nodes of these two graphs. The advantage of these computation algorithms consists in reducing the computation on the global graphs (IMCGs or WAs) to the one on the smaller subgraph: the ergodic strongly connected component (SCC), which can reduce the computational effort and furthermore can also be applied when the converted deterministic IMCG or WA is not strongly connected

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / With the rapid growth of technology, scientists are trying to find ways to make the world a more efficient and eco-friendly place. The research and development of electric vehicles suddenly boomed since natural resource are becoming very scarce. The significance of an electric vehicle goes beyond using free energy, it is environ- mental friendly. The objective of this thesis is to understand what Vehicle to Grid Communication (V2G) for an electric vehicle is, and to implement a model of this highly efficient system into a Hybrid Petri Net. This thesis proposes a Hybrid Petri net modeling of Vehicle to Grid (V2G) Communication topology. Initially, discrete, continuous, and hybrid Petri net's are defined, familiarized, and exemplified. Secondly, the Vehicle and Grid side of the V2G communication system is introduced in detail. The modeling of individual Petri nets, as well as their combination is discussed thoroughly. Thirdly, in order to prove these systems, simulation and programming is used to validate the theoretical studies. A Matlab embedded simulation program known as SimHPN is used to simulate specific scenario's in the system, which uses Depth-first Search (DFS) Algorithm. In addition to SimHPN simulation program, Matlab program is made to output four levels of the reachability tree as well as specifying duplicate and terminate nodes. This code incorporates a technique known as Breadth-first Search (BFS) Algorithm.

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In order to generate substantial market impact, mobile applications must be able to run on multiple platforms. Hence, software engineers face a multitude of technologies and system versions resulting in static variability. Furthermore, due to the dependence on sensors and connectivity, mobile software has to adapt its behavior accordingly at runtime resulting in dynamic variability. However, software engineers need to assure quality of a mobile application even with this large amount of variability—in our approach by the use of model-based testing (i.e., the generation of test cases from models). Recent concepts of test metamodels cannot efficiently handle dynamic variability. To overcome this problem, we propose a process for creating black-box test models based on dynamic feature Petri nets, which allow the description of configuration-dependent behavior and reconfiguration. We use feature models to define variability in the system under test. Furthermore, we illustrate our approach by introducing an example translator application.

Yes / Dynamic systems exhibit time-dependent behaviours and complex functional dependencies amongst their components. Therefore, to capture the full system failure behaviour, it is not enough to simply determine the consequences of different combinations of failure events: it is also necessary to understand the order in which they fail. Pandora temporal fault trees (TFTs) increase the expressive power of fault trees and allow modelling of sequence-dependent failure behaviour of systems. However, like classical fault tree analysis, TFT analysis requires a lot of manual effort, which makes it time consuming and expensive. This in turn makes it less viable for use in modern, iterated system design processes, which requires a quicker turnaround and consistency across evolutions. In this paper, we propose for a model-based analysis of temporal fault trees via HiP-HOPS, which is a state-of-the-art model-based dependability analysis method supported by tools that largely automate analysis and optimisation of systems. The proposal extends HiP-HOPS with Pandora, Petri Nets and Bayesian Networks and results to dynamic dependability analysis that is more readily integrated into modern design processes. The effectiveness is demonstrated via application to an aircraft fuel distribution system. / Partly funded by the DEIS H2020 project (Grant Agreement 732242).

The main part in the testing of the software is in the generation of test cases suitable for software system testing. The quality of the test cases plays a major role in reducing the time of software system testing and subsequently reduces the cost. The test cases, in model de- sign stages, are used to detect the faults before implementing it. This early detection offers more flexibility to correct the faults in early stages rather than latter ones. The best of these tests, that covers both static and dynamic software system model specifications, is one of the chal- lenges in the software testing. The static and dynamic specifications could be represented efficiently by Unified Modelling Language (UML) class diagram and sequence diagram. The work in this thesis shows that High Level Petri Nets (HLPN) can represent both of them in one model. Using a proper model in the representation of the software specifications is essential to generate proper test cases. The research presented in this thesis introduces novel and automated test cases generation techniques that can be used within a software sys- tem design testing. Furthermore, this research introduces e cient au- tomated technique to generate a formal software system model (HLPN) from semi-formal models (UML diagrams). The work in this thesis con- sists of four stages: (1) generating test cases from class diagram and Object Constraint Language (OCL) that can be used for testing the software system static specifications (the structure) (2) combining class diagram, sequence diagram and OCL to generate test cases able to cover both static and dynamic specifications (3) generating HLPN automat- ically from single or multi sequence diagrams (4) generating test cases from HLPN. The test cases that are generated in this work covered the structural and behavioural of the software system model. In first two phases of this work, the class diagram and sequence diagram are decomposed to nodes (edges) which are linked by Classes Hierarchy Table (CHu) and Edges Relationships Table (ERT) as well. The linking process based on the classes and edges relationships. The relationships of the software system components have been controlled by consistency checking technique, and the detection of these relationships has been automated. The test cases were generated based on these interrelationships. These test cases have been reduced to a minimum number and the best test case has been selected in every stage. The degree of similarity between test cases is used to ignore the similar test cases in order to avoid the redundancy. The transformation from UML sequence diagram (s) to HLPN facilitates the simpli cation of software system model and introduces formal model rather than semi-formal one. After decomposing the sequence diagram to Combined Fragments, the proposed technique converts each Combined Fragment to the corresponding block in HLPN. These blocks are con- nected together in Combined Fragments Net (CFN) to construct the the HLPN model. The experimentations with the proposed techniques show the effectiveness of these techniques in covering most of the software system specifications.

With the prevalence of technology and computer systems in today’s society, it is crucial to ensure that the systems we use are secure. The fields that study these issues, cybersecurity and cybersafety, use the formal verification technique of modelchecking. This paper tackles one aspect of the work needed to develop model-checking methods as we try to improve the efficiency and the reliability of model-checking techniques using the Time Petri Net model. Formal methods based on Time Petri Nets are not exempt from the state-explosion problem, and we study here different approaches to circumvent this problem. In particular, we show that limiting the exploration of such a model to runs with integer dates maintains the integrity of the model-checking result. We also show that it is possible to set a limit on the number of runs that can be explored while maintaining the probability that the observation is correct above a certain threshold. / Med tanke på hur vanligt det är med teknik och datorsystem i dagens samhälle är det viktigt att se till att de system vi använder är säkra. De områden som studerar dessa frågor, cybersäkerhet och cybersafety, använder den formella verifieringstekniken modellkontroll. Denna artikel tar upp en aspekt av det arbete som krävs för att utveckla metoder för modellkontroll, eftersom vi försöker förbättra effektiviteten och tillförlitligheten hos metoder för modellkontroll med hjälp av Time Petri Netmodellen. Formella metoder baserade på Time Petri Nets är inte undantagna från problemet med tillståndsexplosion, och vi studerar här olika tillvägagångssätt för att kringgå detta problem. I synnerhet visar vi att om man begränsar utforskningen av en sådan modell till körningar med heltalsdatum bibehålls integriteten hos resultatet av modellkontrollen. Vi visar också att det är möjligt att sätta en gräns för antalet körningar som kan utforskas samtidigt som sannolikheten för att observationen är korrekt hålls över ett visst tröskelvärde.