La modellizzazione di sistemi tolleranti ai guasti con Gspn e Uml e sua applicazione nel progetto Tiran

1 Introduzione. Il lavoro presentato vuole essere un esempio di come le tecniche di modellizzazione e calcolo delle performance, attraverso il formalismo delle SWN 1 , siano utili alla progettazione di meccanismi di fault tolerance. In particolare è stato costruito un modello di un meccanismo di sincronizzazione distribuita (DS 2 ) descritto nel progetto europeo TIRAN. TIRAN è un progetto sviluppato da un consorzio di aziende europee, (ENEL, TXT, KUL, UNITO, SIEMENS, EONIC) che ha lo scopo di rendere tolleranti ai guasti sistemi automatici che, pur non avendo requisiti di sicurezza assoluta, possono, in caso di guasto, provocare danni con un forte impatto economico. Nel caso dell'ENEL il campo di applicazione è la rete di distribuzione dell'energia, SIEMENS invece intende applicare i risultati del progetto TIRAN in più campi, un esempio è il sistema automatico di controllo delle luci che negli aeroporti gestisce il traffico a terra. Nei documenti ufficiali del progetto TIRAN ([8], [9], [10]) si fa uso dell'UML 3 [2] per descrivere i requisiti del meccanismo di sincronizzazione, allo scopo di rendere omogenea la descrizione del modello sviluppato in questa tesi con la descrizione dei requisiti espressi nei documenti ufficiali, il meccanismo di sincronizzazione è stato espresso inizialmente attraverso l'UML. La progettazione di sistemi software si è sempre avvalsa di diverse tecniche di rappresentazione che utilizzano diversi linguaggi a seconda di quali aspetti si vogliano descrivere. L'Unified Modeling Language è un metodo di rappresentazione che nasce allo scopo di fornire un unico linguaggio che permetta di esprimere qualunque aspetto del progetto. Nel primo capitolo della tesi si fa un'introduzione all'UML ([1], [2]) nella quale vengono descritte in generale le strutture fondamentali del linguaggio ed in particolare le strutture espressive che sono successivamente utilizzate per descrivere il modello della DS. Nel secondo capitolo vengono inizialmente introdotte le GSPN 4 [3], che sono un formalismo matematico particolarmente adatto a descrivere sistemi dinamici ad eventi discreti e molto efficiente dal punto di vista del calcolo delle performance. Successivamente viene focalizzata l'attenzione sulle SWN 5 [4] che sono un caso particolare di GSPN che sfruttano eventuali simmetrie intrinseche ai modelli allo scopo di rendere il modello stesso più facile da gestire da un punto di vista grafico e più efficiente da un punto di vista del calcolo delle performance. Attraverso il formalismo delle SWN verrà poi formalizzato il modello della DS nel capitolo cinque. Nel capitolo tre viene fatta un'introduzione ai concetti di fault tolerance. In particolare è descritto il concetto di "affidabilità" di un sistema facendo una classificazione dei "guasti" a cui un sistema può essere soggetto e indicando le tecniche con cui il sistema può prevenirli o gestirli. Inizialmente la descrizione ha un valore 1 SWN: Stochastic Well-formed Nets. 2 DS: Distributed Synchronization. 3 UML: Unified Modeling Language. 4 GSPN: Generalized Stochastic Petri Nets. 5 SWN: Stochastic Wellformed Nets.