Böhm, Sabine:

Reachability analysis of fault-tolerant protocols

Duisburg, Essen (2007), XII, 180 S.
Dissertation / Fach: Wirtschaftswissenschaften
Fakultät für Wirtschaftswissenschaften
Echtle, Klaus (Doktorvater, Betreuerin)
Müller-Clostermann, Bruno (GutachterIn)
Dissertation
Abstract:
Due to the increasing requirements imposed on fault-tolerant protocols, their complexity is steadily growing. Thus verification of the functionality of the fault-tolerance mechanisms is also more difficult to accomplish. In this thesis a model-based approach towards efficiently finding ``loopholes'' in the fault-tolerance properties of large protocols is provided. The contributions comprise thinning out the state space without missing behavior with respect to the validation goal through a partial ordering strategy based on single fault regions. Two algorithms for (partial) analysis are designed, implemented and evaluated: the H-RAFT algorithm is based on SDL elements constituting each transition and requires no user-knowledge. The Close-to-Failure algorithm on the other hand is purely based on user-provided information. Combination of the two algorithms is also investigated. All contributions exploit the fault-tolerant nature of the protocols. In order to compare the performances of the novel techniques to well-known algorithms, a tool has been developed to allow for easy integration of different algorithms. All contributions are thoroughly investigated through experiments summing up to several CPU-month. The results show unambiguously the advantages of the developed methods and algorithms.

Durch die zunehmenden Anforderungen an fehlertolerante Protokolle steigt auch deren Komplexität zusehends. Dadurch ist es deutlich schwieriger die Funktionalität der Fehlertoleranzmechanismen zu überprüfen. In dieser Arbeit wird ein modellbasierter Ansatz vorgestellt, dessen Ziel es ist ``Lücken'' in den Fehlertoleranzeigenschaften effizient zu finden. Dazu wird ein Algorithmus entwickelt, der eine partiellen Ordnung erzeugt und es somit erlaubt den Zustandsraum zu verkleinern ohne Verhalten bezüglich der zu prüfenden Eigenschaften zu verlieren. Weiterhin werden zwei Algorithmen zur (partiellen) Analyse entworfen, implementiert und bewertet: Der H-RAFT Algorithmus basiert auf den SDL-Elementen der jeweiligen Transitionen und erfordert keinerlei weiteres Domänen-Wissen des Benutzers. Der Close-to-Failure Algorithmus hingegen ist nur von Benutzerinformationen abhängig. Kombinationen der beiden Ansätze werden ebenfalls untersucht. Für alle vorgestellten Methoden und Algorithmen wird ausgenutzt, dass es sich um fehlertolerante Protokolle handelt. Um die neuen Ansätze mit weitverbreiteten Algorithmen vergleichen zu können wird ein Werkzeug entwickelt, welches eine einfache Integration von Algorithmen ermöglicht. Die vorgestellten Techniken werden ausführlich in Experimenten mit einem Gesamtaufwand von etlichen CPU-Monaten untersucht. Die Ergebnisse dieser Experimentreihen zeigen eindeutig die Vorteile der entwickelten Algorithmen und Methoden.