Este trabalho reflete os esforcos realizados no estudo das principais técnicas automaticas de verificacao de sistemas que podem ser modelados em Maquinas de Estados Finitas, em particular as que normalmente se enquadram dentro da denominacao de model checking (verificacao de modelos). De modo a permitir ao leitor uma compreensao das vantagens e desvantagens de cada tecnica, os fundamentos teoricos de cada uma delas sao apresentados e ilustrados atraves de exemplos. Alem de uma apresentacao da teoria associada a cada tecnica, esta dissertação ainda apresenta dois estudos de caso de interesse bastante pratico: a verificacao de propriedades de um sistema de manufatura originalmente modelado atraves de uma rede de Petri e a verificacao de propriedades do intertravamento de uma seção metroviaria. Os dois estudos de caso utilizam tecnicas denominadas simbolicas. No primeiro estudo de caso, propoe-se que as invariantes obtidas da equação de estado sejam acrescentadas ao modelo a ser verificado, o que permite a obtenção de ganhos de desempenho na verificacao. O segundo estudo de caso e resolvido a partir da utilizacao de um procedimento proposto nesta dissertacao. Este procedimento permite a verificacao de algumas propriedades de seguranca sem que a verificacao se inviabilize devido a explosao no numero de estados. A utilizacao deste procedimento permite a verificacao de propriedades de uma secao de intertravamento com cerca de 2000 variaveis digitais em questao de poucos segundos.A principal conclusao a que este trabalho chega e consequencia dos resultados positivos observados nos estudos de caso: o model checking simbólico parece possuir um amplo campo de aplicacoes ainda por ser mais bem explorado / This work is the result of the efforts oriented to the study of the main automatic verification techniques for systems that can be modeled as Finite State Machines, in particular of those techniques which are generally called as model checking. In order to make the reader able to understand the pros and cons of each technique, the theory associated to each one is presented, as well as some examples. This work also presents two case studies of practical interest, both of each were solved with techniques which are called symbolic. The first one is the verification of some properties of a manufacturing system originally modeled by a Petri net. In order to improve the verification performance, it is proposed that the model to be verified be enlarged with the inclusion of the invariants calculated with the help of the state equation. The second case study is the verification of some safety properties of an interlocking system of a subway section. The verification is carried out with the help of a procedure which is proposed in this work. The aim of such a procedure is to bypass the state explosion problem, in order to make the verification feasible. It was possible to verify an interlocking system with about 2000 digital variables in a matter of few seconds. The main conclusion of the work comes from the positive results reached by both case studies: it seems to be a large number of applications yet to be explored in which symbolic model checking may be considered.

O objetivo deste trabalho é tornar possível a inserção de um robô humanoide para auxiliar pacientes em sessões de fisioterapia. Um sistema robótico é proposto que utiliza um robô humanoide, denominado NAO, visando analisar os movimentos feitos pelos pacientes e corrigi-los se necessário, além de motivá-los durante uma sessão de fisioterapia. O sistema desenvolvido permite que o robô, em primeiro lugar, aprenda um exercício correto de fisioterapia observando sua execução por um fisioterapeuta; em segundo lugar, que ele demonstre o exercício para que um paciente possa imitá-lo; e, finalmente, corrija erros cometidos pelo paciente durante a execução do exercício. O exercício correto é capturado por um sensor Kinect e dividido em uma sequência de estados em dimensão espaço-temporal usando k-means clustering. Estes estados então formam uma máquina de estados finitos para verificar se os movimentos do paciente estão corretos. A transição de um estado para o próximo corresponde a movimentos parciais que compõem o movimento aprendido, e acontece somente quando o robô observa o mesmo movimento parcial executado corretamente pelo paciente; caso contrário o robô sugere uma correção e pede que o paciente tente novamente. O sistema foi testado com vários pacientes em tratamento fisioterapêutico para problemas motores. Os resultados obtidos, em termos de precisão e recuperação para cada movimento, mostraram-se muito promissores. Além disso, o estado emocional dos pacientes foi também avaliado por meio de um questionário aplicado antes e depois do tratamento e durante o tratamento com um software de reconhecimento facial de emoções e os resultados indicam um impacto emocional bastante positivo e que pode vir a auxiliar pacientes durante tratamento fisioterapêuticos. / This dissertation develops a robotic system to guide patients through physiotherapy sessions. The proposed system uses the humanoid robot NAO, and it analyses patients movements to guide, correct, and motivate them during a session. Firstly, the system learns a correct physiotherapy exercise by observing a physiotherapist perform it; secondly, it demonstrates the exercise so that the patient can reproduce it; and finally, it corrects any mistakes that the patient might make during the exercise. The correct exercise is captured via Kinect sensor and divided into a sequence of states in spatial-temporal dimension using k-means clustering. Those states compose a finite state machine that is used to verify whether the patients movements are correct. The transition from one state to the next corresponds to partial movements that compose the learned exercise. If the patient executes the partial movement incorrectly, the system suggests a correction and returns to the same state, asking that the patient try again. The system was tested with multiple patients undergoing physiotherapeutic treatment for motor impairments. Based on the results obtained, the system achieved high precision and recall across all partial movements. The emotional impact of treatment on patients was also measured, via before and after questionnaires and via a software that recognizes emotions from video taken during treatment, showing a positive impact that could help motivate physiotherapy patients, improving their motivation and recovery.

This thesis is concerned with the analysis of economic network formation. There are three novel sections to this thesis (Chapters 5, 6 and 8). In the first, the non-cooperative communication network formation model of Bala and Goyal (2000) (BG) is re-assessed under conditions of no inertia. It is found that the Strict Nash circle (or wheel) structure is still the equilibrium outcome for n = 3 under no inertia. However, a counter-example for n = 4 shows that with no inertia infinite cycles are possible, and hence the system does not converge. In fact, cycles are found to quickly dominate outcomes for n > 4 and further numerical simulations of conditions approximating no inertia (probability of updating > 0.8 to 1) indicate that cycles account for a dramatic slowing of convergence times. These results, together with the experimental evidence of Falk and Kosfeld (2003) (FK) motivate the second contribution of this thesis. A novel artificial agent model is constructed that allows for a vast strategy space (including the Best Response) and permits agents to learn from each other as was indicated by the FK results. After calibration, this model replicates many of the FK experimental results and finds that an externality exploiting ratio of benefits and costs (rather than the difference) combined with a simple altruism score is a good proxy for the human objective function. Furthermore, the inequity aversion results of FK are found to arise as an emergent property of the system. The third novel section of this thesis turns to the nature of network formation in a trust-based context. A modified Iterated Prisoners' Dilemma (IPD) model is developed which enables agents to play an additional and costly network forming action. Initially, canonical analytical results are obtained despite this modification under uniform (non-local) interactions. However, as agent network decisions are 'turned on' persistent cooperation is observed. Furthermore, in contrast to the vast majority of non-local, or static network models in the literature, it is found that a-periodic, complex dynamics result for the system in the long-run. Subsequent analysis of this regime indicates that the network dynamics have fingerprints of self-organized criticality (SOC). Whilst evidence for SOC is found in many physical systems, such dynamics have been seldom, if ever, reported in the strategic interaction literature.

The anomaly detection task is to recognize the presence of an unusual (and potentially hazardous) state within the behaviors or activities of a computer user, system, or network with respect to some model of normal behavior which may be either hard-coded or learned from observation. An anomaly detection agent faces many learning problems including learning from streams of temporal data, learning from instances of a single class, and adaptation to a dynamically changing concept. The domain is complicated by considerations of the trusted insider problem (recognizing the difference between innocuous and malicious behavior changes on the part of a trusted user). This study introduces the anomaly detection in web applications and formulates it as a machine learning task on temporal sequence data. In this study the goal is to develop a model or profile of normal working state of web application user and to detect anomalous conditions as deviations from the expected behavior patterns. We focus, here, on learning models of normality at the user behavioral level, as observed through a web application. In this study we introduce some sensors intended to function as a focus of attention unit at the lowest level of a classification hierarchy using Finite State Markov Chains and Hidden Markov Models and discuss the success of these sensors.

Orientador: Alexandre César Rodrigues da Silva / Banca: Dalva Maria de Oliveira Villarreal / Banca: Mauro Conti Pereira / Resumo: Neste trabalho, apresenta-se o desenvolvimento e a avaliação de duas ferramentas que auxiliam projetos de circuitos eletrônicos, sejam eles projetos de sistemas digitais ou de sistemas mistos (sinais digitais e sinais analógicos). A partir de um diagrama de transição de estados, modelado em ambiente Stateflow®, a primeira ferramenta, denominada SF2HDL, realiza a extração de linguagens de descrição de hardware, podendo ser VHDL ou Verilog HDL. Sendo ainda capaz de extrair uma tabela de transição de estados padronizada, que, posteriormente, foi utilizada como entrada pelo programa TABELA, o qual realiza a minimização do sistema digital. A máquina de estados finitos, alvo da tradução, pode ser descrita tanto pelo modelo de Mealy como pelo modelo de Moore. Como estudos de caso, foram utilizados quatro códigos de linhas empregados em sistemas de telecomunicações. A segunda ferramenta é um aperfeiçoamento de uma ferramenta já existente, denominada MS2SV, empregada na síntese de sistemas mistos. O MS2SV é capaz de gerar uma descrição em VHDL-AMS estrutural, a partir de um modelo descrito em alto nível de abstração no ambiente Simulink®. Toda a estrutura de projeto necessária para a simulação e análise do sistema no ambiente SystemVision™, também é gerado pelo MS2SV. Foram utilizados quatro modelos de conversor de dados do tipo DAC (Digital to Analog Conversor), para avaliar o desempenho da ferramenta. Nesse contexto, as duas ferramentas permitem maior flexibilidade ao projetista, traduzindo descrições em níveis de abstração diferentes, o que permite uma análise mais detalhada do funcionamento do sistema e facilitando a sua implementação física / Abstract: In this work, it's shown the development and evaluation of two tools to aid in electronic circuits projects, be them digital systems projects or for mixed systems (digital and analogical signs). From a states transition diagram modeled in Stateflow® environment, the first tool, named SF2HDL, performs the extraction of hardware description languages, which could be VHDL or Verilog HDL. It is also capable of extracting states transition table standardized, which later was used as a TABELA program, which accomplishes the minimization of the digital system. The target finite state machine of the translated can be described by the Mealy model as much as the Moore model. As case studies were used four code lines employed in telecommunications systems. The second tool is an improvement of an already existent tool, known as MS2SV, used in the synthesis of mixed systems. The MS2SV is able to generate a description in structural VHDL-AMS, from a model described in high level of abstraction in the Simulink® environment. The whole project structure necessary for the simulation and analysis of the system by the SystemVision™ environment is also generated by MS2SV. Four DAC (Digital to Analog Converter) were used to evaluate the tool is performance. In that context, both tools allow a greater flexibility to the planner, translating descriptions in different abstraction levels, which allows a more detailed analysis of the systems behavior and making its physical implementation easier / Mestre

A realização de atividades de teste é indispensável para a garantia da qualidade de um produto e para a identificação de defeitos, diminuindo custos de manutenção e evitando ao máximo o risco do cliente encontrar esses defeitos. Nessa linha, testes baseados em modelos têm se mostrado atrativos, pois o custo de geração de casos de testes e de correção de defeitos tende a ser menor. Devido à sua simplicidade conceitual e expressividade na descrição do comportamento de um sistema, um dos modelos mais usados e pesquisados na área de teste baseado em modelos são as Máquinas de Estados Finitos (MEFs). Por meio de MEFs e com apoio de ferramentas apropriadas, a geração de casos de testes para avaliar os comportamentos esperados de um sistema é automatizada, reduzindo tanto o custo da geração e da manutenção quanto as falhas humanas. Desta forma, a aplicabilidade de métodos de geração de casos de teste baseados em modelos no contexto de sistemas embarcados vem sendo investigada. O objetivo deste trabalho de mestrado consiste em investigar a aplicabilidade dos métodos de geração em cenários de teste reais, com foco em sistemas embarcados, identificando as difi- culdades e limitações do processo, bem como os requisitos essenciais para a adequação dos métodos de geração propostos na literatura e de ferramentas de apoio à atividade de teste. O foco principal do projeto é a implementação de mecanismos que atendam aos requisitos levantados, visando a usabilidade, segurança e portabilidade da ferramenta / Test activities are essential to ensure the quality of products and identify faults to reduce maintenance costs and avoid that the client finds these faults. In this sense, model-based tests have been proved useful, because the cost of generating test cases and fault correction tend to be smaller. Due to its conceptual simplicity and expressiveness in describing the behavior of a system, Finite State Machines (FSM) have been used and researched in the model-based testing area. FSMs, employed with the support of appropriate tools, enable the generation of test cases in an automated way to assess the expected behavior of a system, reducing both the generation and maintenance costs and human failures. Thus, the applicability of test cases generation methods based on models in the context of embedded systems should be investigated. Test cases generation methods based on FSM are designed to derive test cases from the model. In this context, this work aims to investigate the applicability of generation methods in real-world scenarios, focusing embedded systems. It should identify the difficulties and limitations of the process, as well as the essential requirements for the adequacy of generation methods proposed in the literature and tools to support the test activity. The main focus of the project is the implementation of mechanisms that meet the elicited requirements in order to provide usability, security and tool portability

Os sistemas produtivos (SPs) podem utilizar controladores programáveis (CPs) como dispositivos de realização do controle. Neste contexto, programas de controle executados por estes CPs podem ser desenvolvidos de forma que não estejam em conformidade com as especificações de projeto, o que poderá provocar o surgimento de erros funcionais associados à execução de tais programas de controle, erros estes que podem levar os SPs sob controle a um estado que poderá implicar em acidentes envolvendo equipamentos, pessoas e o meio-ambiente. Esta questão tem motivado o surgimento de diversas abordagens para identificar a existência de erros em programas de controle de CPs, de forma a permitir a correção destes erros e garantir, conseqüentemente, maior confiabilidade operacional. O presente trabalho tem por objetivo identificar a existência de erros em programas de controle baseados em LD (Ladder Diagram). Para isto, propõe-se um procedimento de desenvolvimento de modelos baseados em máquinas de estados finitos estendidas (MEFEs), que são gerados a partir do mapeamento de cada um dos rungs contidos no programa de controle que se deseja identificar erros. Uma vez desenvolvidos os modelos em MEFEs, torna-se possível a utilização de uma ferramenta computacional de verificação, própria para estabelecer se os modelos verificados satisfazem determinadas proposições estabelecidas em lógica temporal. Uma proposição em lógica temporal está relacionada a um estado específico do programa de controle modelado, sendo que o objetivo da verificação é o de estabelecer se a proposição estipulada é atendida ou não. Se um determinado estado específico for, por exemplo, um estado indesejado do programa de controle modelado, e este estado for possível de ser alcançado como resultado do processo de verificação realizado, isto impactará na não conformidade do programa de controle com as especificações comportamentais estipuladas na forma de proposição em lógica temporal, indicando haver, portanto, um erro neste programa de controle modelado. Palavras-chave: Controladores programáveis. Linguagem de programação LD. Modelagem e verificação de máquinas de estados finitos estendidas (MEFEs). / Productive systems (PS) can use programmable logic controllers (PLCs) as the devices of accomplishment of the control. In this context, control programs executed by these PLCs can be developed in a way so that they can be in non-conformity with the project specifications, and this fact may result in functional errors related to the control programs execution. These errors can take the PS under control to a state which can lead into accidents involving equipment, people and the environment. This fact has motivated the appearance of different approaches so as to identify the existence of these errors in PLC control programs so that they can be corrected and assure a greater operational reliability. This work aims at identifying the existence of errors in control programs based on Ladder Diagram (LD). In order to accomplish that, a modeling procedure that generates extended finite state machines (EFSMs) is proposed from the mapping of each one of the rungs in the control program whose errors are to be identified. Once the models based on EFSMs are developed it becomes possible to use a computational verification tool, specifically designed to determine if the verified models fulfill determined propositions established in temporal logic. A proposition in temporal logic is related to a specific state of the modeled control program and the objective of the verification is to establish whether the proposition is fulfilled or not. If a determined specific state, for example, is an unwanted state of the modeled control program and if this state is reachable as a result of the verification process, this will impact in the non-conformity of the control program with the behavior specifications established in a temporal logic proposition, indicating an error in this modeled control program.

Orientador: Arnaldo Vieira Moura / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-16T21:26:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pedrosa_LehiltonLelisChaves_M.pdf: 884292 bytes, checksum: e39efddad6809b28790b661469a5cfd2 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Métodos formais são amplamente utilizados para modelar especificações e gerar casos de testes, imprescindíveis para validação de sistemas críticos. As Máquinas de Estados Finitos (MEFs) compõem um dos formalismos adotados, com várias aplicações em testes de sistemas aéreos e espaciais, além de sistemas médicos, entre vários outros. O objetivo de um método de geração automática de casos de testes é obter um conjunto de casos de testes, com o qual é possível verificar se uma dada implementação contém falhas. Um problema importante em métodos de geração de casos de teste com cobertura completa de falhas é o tamanho dos conjuntos de testes, que normalmente é exponencial no número de estados da MEF que está sendo testada. Para minimizar esse problema, diversas abordagens são adotadas, envolvendo melhorias nos métodos existentes, restrições do modelo de falhas e o uso de novas estratégias de teste. Esta dissertação estuda métodos automáticos para geração de casos de testes com cobertura completa de falhas e propõe dois novos métodos, que permitem reduzir o tamanho dos conjuntos de testes gerados. Primeiro, combinamos ideias do método Wp e do método G, visando usufruir as vantagens de ambos e obtendo um novo método, denominado Gp. Em seguida, descrevemos um novo modelo de falhas para sistemas compostos de vários subsistemas, possivelmente com um número alto de estados. Formalizamos tais sistemas, introduzindo o conceito de MEFs combinadas, e apresentamos um novo método de testes, denominado método C. Além disso, propomos uma abordagem de testes incremental, baseada no método C, que torna possível o teste de MEFs com um número arbitrário de estados. Estabelecemos comparações com abordagens tradicionais e mostramos que o uso da estratégia incremental pode gerar conjuntos de testes exponencialmente mais eficientes / Mestrado / Teoria da Computação / Mestre em Ciência da Computação

Access Control (AC) is a major pillar in software security. In short, AC ensures that only intended users can access resources and only the required access to accomplish some task will be given. In this context, Role Based Access Control (RBAC) has been established as one of the most important paradigms of access control. In an organization, users receive responsibilities and privileges through roles and, in AC systems implementing RBAC, permissions are granted through roles assigned to users. Despite the apparent simplicity, mistakes can occur during the development of RBAC systems and lead to faults or either security breaches. Therefore, a careful verification and validation process becomes necessary. Access control testing aims at showing divergences between the actual and the intended behavior of access control mechanisms. Model Based Testing (MBT) is a variant of testing that relies on explicit models, such as Finite State Machines (FSM), for automatizing test generation. MBT has been successfully used for testing functional requirements; however, there is still lacking investigations on testing non-functional requirements, such as access control, specially in test criteria. In this Master Dissertation, two aspects of MBT of RBAC were investigated: FSM-based testing methods on RBAC; and Test prioritization in the domain of RBAC. At first, one recent (SPY) and two traditional (W and HSI) FSM-based testing methods were compared on RBAC policies specified as FSM models. The characteristics (number of resets, average test case length and test suite length) and the effectiveness of test suites generated from the W, HSI and SPY methods to five different RBAC policies were analyzed at an experiment. Later, three test prioritization methods were compared using the test suites generated in the previous investigation. A prioritization criteria based on RBAC similarity was introduced and compared to random prioritization and simple similarity. The obtained results pointed out that the SPY method outperformed W and HSI methods on RBAC domain. The RBAC similarity also achieved an Average Percentage Faults Detected (APFD) higher than the other approaches. / Controle de Acesso (CA) é um dos principais pilares da segurança da informação. Em resumo, CA permite assegurar que somente usuários habilitados terão acesso aos recursos de um sistema, e somente o acesso necessário para a realização de uma dada tarefa será disponibilizado. Neste contexto, o controle de acesso baseado em papel (do inglês, Role Based Access Control - RBAC) tem se estabelecido como um dos mais importante paradigmas de controle de acesso. Em uma organização, usuários recebem responsabilidades por meio de cargos e papéis que eles exercem e, em sistemas RBAC, permissões são distribuídas por meio de papéis atribuídos aos usuários. Apesar da aparente simplicidade, enganos podem ocorrer no desenvolvimento de sistemas RBAC e gerar falhas ou até mesmo brechas de segurança. Dessa forma, processos de verificação e validação tornam-se necessários. Teste de CA visa identificar divergências entre a especificação e o comportamento apresentado por um mecanismo de CA. Teste Baseado em Modelos (TBM) é uma variante de teste de software que se baseia em modelos explícitos de especificação para automatizar a geração de casos testes. TBM tem sido aplicado com sucesso no teste funcional, entretanto, ainda existem lacunas de pesquisa no TBM de requisitos não funcionais, tais como controle de acesso, especialmente de critérios de teste. Nesta dissertação de mestrado, dois aspectos do TBM de RBAC são investigados: métodos de geração de teste baseados em Máquinas de Estados Finitos (MEF) para RBAC; e priorização de testes para RBAC. Inicialmente, dois métodos tradicionais de geração de teste, W e HSI, foram comparados ao método de teste mais recente, SPY, em um experimento usando políticas RBAC especificadas como MEFs. As características (número de resets, comprimento médio dos casos de teste e comprimento do conjunto de teste) e a efetividade dos conjuntos de teste gerados por cada método para cinco políticas RBAC foram analisadas. Posteriormente, três métodos de priorização de testes foram comparados usando os conjuntos de teste gerados no experimento anterior. Neste caso, um critério baseado em similaridade RBAC foi proposto e comparado com a priorização aleatória e baseada em similaridade simples. Os resultados obtidos mostraram que o método SPY conseguiu superar os métodos W e HSI no teste de sistemas RBAC. A similaridade RBAC também alcançou uma detecção de defeitos superior.

This diploma thesis is divided into two main parts. The first section is dedicated to the history and development of the laser technology. The second part describes all individual types of laser technology which are used in the industry nowadays. The next section follows with the research of various laser devices which serve mainly as a cutting tool. This knowledge gathered in the previous part was used to create the next part including the own conception of the machine. The second half of this diploma thesis deals with a research of software available at the market today. Eventually, after summarizing the characteristics of each software, the new concept and implementation of own software are made. In the final section, there are mentioned the possible extension and available upgrades. The reader should be able to create his/her own conception of the laser device and software after reading and understanding this paper.