Zeitbewertete Prädikat-Transitions-Netze zur Modellierung, Simulation und Analyse sicherheitskritischer Echtzeitsysteme

für meinen Vater ii Summary Within this thesis time evaluated predicate/transition nets (t-pr/t-nets) have been developed for the purpose to model, simulate and verify complex real-time systems. Therefore, t-pr/t-nets integrate concepts to model timing constraints and can be analysed by the means of structural analysis such as the calculation of sand t-invariants as well as the identification of traps and co-traps. The applicability of t-pr/t-nets to model, simulate and verify complex systems in the domain of safety-critical real-time systems is proven by the Earliest-Deadline-First-Protocol (EDF) and the Priority-Inheritance-Protocol (PIP). Therefore, the EDF and PIP are modeled by means of t-pr/t-nets. The resulting t-pr/t-nets are verified using structural analysis methods. Due to the enormous complexity and the applicability of structural analysis methods for the verification of the EDF and PIP, it can be shown that t-pr/t-nets are appropriate to model, simulate and verify complex systems in the field of safety-critical real-time systems. iii iv Zusammenfassung Im Rahmen dieser Arbeit wurden die zeitbewerteten Prädikat/Transitions-Netze (Z-Pr/T-Netze) zur Modellierung, Simulation und Verifikation sicherheitskriti-scher Echtzeitsysteme entwickelt. Z-Pr/T-Netze integrieren Konzepte zur Mo-dellierung temporärer Zusammenhänge und sind darüber hinaus mittels der Be-rechnung von S-und T-Invarianten sowie der Identifikation von Traps und Co-Traps strukturell analysierbar. Die Eignung von Z-Pr/T-Netzen zur Modellie-rung, Simulation und Verifikation komplexer Systeme aus dem Anwendungsbe-reich sicherheitskritischer Echtzeitsysteme wird anhand des Earliest-Deadline-First-Protokolls (EDF) und des Priority-Inheritance-Protokolls (PIP) belegt. Es erfolgt daher eine Modellierung des EDF und PIP mittels Z-Pr/T-Netzen sowie eine Verifikation für das EDF und PIP basierend auf der strukturellen Analyse der korrespondierenden Z-Pr/T-Netze. Die Anwendbarkeit struktureller Analy-severfahren zur Verifikation des EDF und PIP in Verbindung mit der nicht zu unterschätzenden Komplexität eben dieser belegen die Anwendbarkeit von Z-Pr/T-Netzen zur Modellierung, Simulation und Verifikation komplexer Systeme aus dem Anwendungsbereich sicherheitskritischer Echtzeitsysteme. vii viii Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1