Skip to main content

2016 | OriginalPaper | Buchkapitel

Importance Sampling for Stochastic Timed Automata

verfasst von : Cyrille Jegourel, Kim G. Larsen, Axel Legay, Marius Mikučionis, Danny Bøgsted Poulsen, Sean Sedwards

Erschienen in: Dependable Software Engineering: Theories, Tools, and Applications

Verlag: Springer International Publishing

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Abstract

We present an importance sampling framework that combines symbolic analysis and simulation to estimate the probability of rare reachability properties in stochastic timed automata. By means of symbolic exploration, our framework first identifies states that cannot reach the goal. A state-wise change of measure is then applied on-the-fly during simulations, ensuring that dead ends are never reached. The change of measure is guaranteed by construction to reduce the variance of the estimator with respect to crude Monte Carlo, while experimental results demonstrate that we can achieve substantial computational gains.

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Wirtschaft"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 340 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Versicherung + Risiko




Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Literatur
2.
Zurück zum Zitat Behrmann, G., Cougnard, A., David, A., Fleury, E., Larsen, K.G., Lime, D.: Uppaal-Tiga: time for playing games!. In: Damm, W., Hermanns, H. (eds.) CAV 2007. LNCS, vol. 4590, pp. 121–125. Springer, Heidelberg (2007). doi:10.1007/978-3-540-73368-3_14 CrossRef Behrmann, G., Cougnard, A., David, A., Fleury, E., Larsen, K.G., Lime, D.: Uppaal-Tiga: time for playing games!. In: Damm, W., Hermanns, H. (eds.) CAV 2007. LNCS, vol. 4590, pp. 121–125. Springer, Heidelberg (2007). doi:10.​1007/​978-3-540-73368-3_​14 CrossRef
3.
Zurück zum Zitat Bulychev, P., David, A., Larsen, K.G., Legay, A., Li, G., Poulsen, D.B.: Rewrite-based statistical model checking of WMTL. In: Qadeer, S., Tasiran, S. (eds.) RV 2012. LNCS, vol. 7687, pp. 260–275. Springer, Heidelberg (2013). doi:10.1007/978-3-642-35632-2_25 CrossRef Bulychev, P., David, A., Larsen, K.G., Legay, A., Li, G., Poulsen, D.B.: Rewrite-based statistical model checking of WMTL. In: Qadeer, S., Tasiran, S. (eds.) RV 2012. LNCS, vol. 7687, pp. 260–275. Springer, Heidelberg (2013). doi:10.​1007/​978-3-642-35632-2_​25 CrossRef
4.
Zurück zum Zitat Bulychev, P., David, A., Larsen, K.G., Legay, A., Li, G., Bøgsted Poulsen, D., Stainer, A.: Monitor-based statistical model checking for weighted metric temporal logic. In: Bjørner, N., Voronkov, A. (eds.) LPAR 2012. LNCS, vol. 7180, pp. 168–182. Springer, Heidelberg (2012). doi:10.1007/978-3-642-28717-6_15 CrossRef Bulychev, P., David, A., Larsen, K.G., Legay, A., Li, G., Bøgsted Poulsen, D., Stainer, A.: Monitor-based statistical model checking for weighted metric temporal logic. In: Bjørner, N., Voronkov, A. (eds.) LPAR 2012. LNCS, vol. 7180, pp. 168–182. Springer, Heidelberg (2012). doi:10.​1007/​978-3-642-28717-6_​15 CrossRef
5.
Zurück zum Zitat Bulychev, P., David, A., Larsen, K.G., Legay, A., Mikučionis, M., Bøgsted Poulsen, D.: Checking and distributing statistical model checking. In: Goodloe, A.E., Person, S. (eds.) NFM 2012. LNCS, vol. 7226, pp. 449–463. Springer, Heidelberg (2012). doi:10.1007/978-3-642-28891-3_39 CrossRef Bulychev, P., David, A., Larsen, K.G., Legay, A., Mikučionis, M., Bøgsted Poulsen, D.: Checking and distributing statistical model checking. In: Goodloe, A.E., Person, S. (eds.) NFM 2012. LNCS, vol. 7226, pp. 449–463. Springer, Heidelberg (2012). doi:10.​1007/​978-3-642-28891-3_​39 CrossRef
6.
Zurück zum Zitat David, A., Larsen, K.G., Legay, A., Nyman, U., Wasowski, A.: Timed i/o automata: a complete specification theory for real-time systems. In: HSCC, pp. 91–100. ACM (2010) David, A., Larsen, K.G., Legay, A., Nyman, U., Wasowski, A.: Timed i/o automata: a complete specification theory for real-time systems. In: HSCC, pp. 91–100. ACM (2010)
7.
Zurück zum Zitat David, A., Larsen, K.G., Legay, A., Mikučionis, M., Poulsen, D.B., Vliet, J., Wang, Z.: Statistical model checking for networks of priced timed automata. In: Fahrenberg, U., Tripakis, S. (eds.) FORMATS 2011. LNCS, vol. 6919, pp. 80–96. Springer, Heidelberg (2011). doi:10.1007/978-3-642-24310-3_7 CrossRef David, A., Larsen, K.G., Legay, A., Mikučionis, M., Poulsen, D.B., Vliet, J., Wang, Z.: Statistical model checking for networks of priced timed automata. In: Fahrenberg, U., Tripakis, S. (eds.) FORMATS 2011. LNCS, vol. 6919, pp. 80–96. Springer, Heidelberg (2011). doi:10.​1007/​978-3-642-24310-3_​7 CrossRef
8.
Zurück zum Zitat Dill, D.L.: Timing assumptions and verification of finite-state concurrent systems. In: Proceedings of Automatic Verification Methods for Finite State Systems, International Workshop, Grenoble, France, June 12–14, 1989, pp. 197–212 (1989) Dill, D.L.: Timing assumptions and verification of finite-state concurrent systems. In: Proceedings of Automatic Verification Methods for Finite State Systems, International Workshop, Grenoble, France, June 12–14, 1989, pp. 197–212 (1989)
9.
Zurück zum Zitat Jegourel, C., Legay, A., Sedwards, S.: Cross-entropy optimisation of importance sampling parameters for statistical model checking. In: Madhusudan, P., Seshia, S.A. (eds.) CAV 2012. LNCS, vol. 7358, pp. 327–342. Springer, Heidelberg (2012). doi:10.1007/978-3-642-31424-7_26 CrossRef Jegourel, C., Legay, A., Sedwards, S.: Cross-entropy optimisation of importance sampling parameters for statistical model checking. In: Madhusudan, P., Seshia, S.A. (eds.) CAV 2012. LNCS, vol. 7358, pp. 327–342. Springer, Heidelberg (2012). doi:10.​1007/​978-3-642-31424-7_​26 CrossRef
10.
Zurück zum Zitat Jegourel, C., Legay, A., Sedwards, S.: Importance splitting for statistical model checking rare properties. In: Sharygina, N., Veith, H. (eds.) CAV 2013. LNCS, vol. 8044, pp. 576–591. Springer, Heidelberg (2013). doi:10.1007/978-3-642-39799-8_38 CrossRef Jegourel, C., Legay, A., Sedwards, S.: Importance splitting for statistical model checking rare properties. In: Sharygina, N., Veith, H. (eds.) CAV 2013. LNCS, vol. 8044, pp. 576–591. Springer, Heidelberg (2013). doi:10.​1007/​978-3-642-39799-8_​38 CrossRef
11.
Zurück zum Zitat Kahn, H.: Use of different monte carlo sampling techniques. Technical report P-766, Rand Corporation, November 1955 Kahn, H.: Use of different monte carlo sampling techniques. Technical report P-766, Rand Corporation, November 1955
12.
Zurück zum Zitat Kempf, J.-F., Bozga, M., Maler, O.: Performance evaluation of schedulers in a probabilistic setting. In: Fahrenberg, U., Tripakis, S. (eds.) FORMATS 2011. LNCS, vol. 6919, pp. 1–17. Springer, Heidelberg (2011). doi:10.1007/978-3-642-24310-3_1 CrossRef Kempf, J.-F., Bozga, M., Maler, O.: Performance evaluation of schedulers in a probabilistic setting. In: Fahrenberg, U., Tripakis, S. (eds.) FORMATS 2011. LNCS, vol. 6919, pp. 1–17. Springer, Heidelberg (2011). doi:10.​1007/​978-3-642-24310-3_​1 CrossRef
13.
Zurück zum Zitat Larsen, K.G., Pettersson, P., Yi, W.: Uppaal in a nutshell. STTT 1(1–2), 134–152 (1997)CrossRefMATH Larsen, K.G., Pettersson, P., Yi, W.: Uppaal in a nutshell. STTT 1(1–2), 134–152 (1997)CrossRefMATH
14.
Zurück zum Zitat Maler, O., Larsen, K.G., Krogh, B.H.: On zone-based analysis of duration probabilistic automata. In: Proceedings 12th International Workshop on Verification of Infinite-State Systems (INFINITY), pp. 33–46 (2010) Maler, O., Larsen, K.G., Krogh, B.H.: On zone-based analysis of duration probabilistic automata. In: Proceedings 12th International Workshop on Verification of Infinite-State Systems (INFINITY), pp. 33–46 (2010)
15.
Zurück zum Zitat Rubino, G., Tuffin, B.: Rare Event Simulation using Monte Carlo Methods. Wiley, Hoboken (2009)CrossRefMATH Rubino, G., Tuffin, B.: Rare Event Simulation using Monte Carlo Methods. Wiley, Hoboken (2009)CrossRefMATH
16.
Zurück zum Zitat Rubinstein, R.: The cross-entropy method for combinatorial and continuous optimization. Meth. Comput. Appl. Probab. 1(2), 127–190 (1999)MathSciNetCrossRefMATH Rubinstein, R.: The cross-entropy method for combinatorial and continuous optimization. Meth. Comput. Appl. Probab. 1(2), 127–190 (1999)MathSciNetCrossRefMATH
17.
Zurück zum Zitat Vicario, E., Sassoli, L., Carnevali, L.: Using stochastic state classes in quantitative evaluation of dense-time reactive systems. IEEE Trans. Softw. Eng. 35(5), 703–719 (2009)CrossRef Vicario, E., Sassoli, L., Carnevali, L.: Using stochastic state classes in quantitative evaluation of dense-time reactive systems. IEEE Trans. Softw. Eng. 35(5), 703–719 (2009)CrossRef
18.
Zurück zum Zitat Younes, H.L.S.: Verification and planning for stochastic processes with asynchronous events. Ph.D. thesis, Carnegie Mellon University (2005) Younes, H.L.S.: Verification and planning for stochastic processes with asynchronous events. Ph.D. thesis, Carnegie Mellon University (2005)
19.
Zurück zum Zitat Zuliani, P., Baier, C., Clarke, E.M.: Rare-event verification for stochastic hybrid systems. In: Proceedings of the 15th ACM International Conference on Hybrid Systems: Computation and Control, HSCC, pp. 217–226 (2012) Zuliani, P., Baier, C., Clarke, E.M.: Rare-event verification for stochastic hybrid systems. In: Proceedings of the 15th ACM International Conference on Hybrid Systems: Computation and Control, HSCC, pp. 217–226 (2012)
Metadaten
Titel
Importance Sampling for Stochastic Timed Automata
verfasst von
Cyrille Jegourel
Kim G. Larsen
Axel Legay
Marius Mikučionis
Danny Bøgsted Poulsen
Sean Sedwards
Copyright-Jahr
2016
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-319-47677-3_11