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Private GIT Repository
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[hdrcouchot.git] / modelchecking.tex
1
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3
4 \section{Rappels sur le langage PROMELA}
5 \label{sec:spin:promela}
6
7 Cette section  rappelle les éléments fondamentaux du langage PROMELA (Process Meta  Language).
8 On peut trouver davantage de détails dans~\cite{Hol03,Wei97}.
9
10
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12
13 \begin{figure}[ht]
14 \begin{scriptsize}
15 \begin{lstlisting}
16 #define N 3
17 #define d_0 5
18
19 bool X [N]; bool Xp [N]; int mods [N];
20 typedef vals{bool v [N]};
21 vals Xd [N];  
22
23 typedef a_send{chan sent[N]=[d_0] of {bool}};
24 a_send channels [N];
25
26 chan unlock_elements_update=[1] of {bool};
27 chan sync_mutex=[1] of {bool};
28 \end{lstlisting}
29 \end{scriptsize}
30 \caption{Type declaration of the DDNs translation.}
31 \label{fig:arrayofchannels}
32 \end{figure}
33
34
35 Les types primaires de PROMELA sont \texttt{bool}, \texttt{byte},
36 \texttt{short} et  \texttt{int}. Comme dans le langage C par exemple,
37 on peut declarer des tableaux à une dimension de taille constante 
38 ou des nouveaux types de données (introduites par le mot clef 
39 \verb+typedef+). Ces derniers sont utilisés pour définir des tableaux à deux
40 dimension.
41
42 \begin{xpl}
43 Le programme donné à la {\sc Figure}~\ref{fig:arrayofchannels} correspond à des 
44 déclarations de variables qui serviront dans l'exemple jouet de ce chapitre. 
45 Il définit tout d'abord:
46 \begin{itemize}
47 \item les constantes \verb+N+ et \verb+d_0+ qui précisent respectivement le numbre
48  $n$ d'éléments et le délais maximum $\delta_0$;
49 \item les deux tableaux  (\verb+X+ et \verb+Xp+) de \verb+N+ variables booléennes; 
50 les cellules \verb+X[i]+ et \verb+Xp[i]+ sont associées à la variables $X_{i+1}$
51 d'un systène dynamique discret 
52 (le décallage d'un entier est dû à l'indexation à partir de zéro des cellules d'un tableau);
53 Elles  memorisent les  valeurs de $X_{i+1}$ respectivement avant et après sa mise à jour; 
54 il suffit ainsi de comparer  \verb+X+ et \verb+Xp+ pour constater si $X$ à changé ou pas;
55 \item le tableau \verb+mods+ contient les éléments qui doivent être modifiés lors de l'iteration 
56 en cours; cela correspond naturellement à l'ensemble des éléments $S^t$;
57 \item le type de données structurées \verb+vals+ et le tableau de tableaux 
58  \verb+Xd[+$i$\verb+].v[+$j$\verb+]+ qui vise à mémoriser $X_{j+1}^{D^{t-1}_{i+1j+1}}$
59  pour l'itération au temps $t$ (en d'autres termes, utile lors du calcul de $X^{t}$).
60 \end{itemize}
61
62
63 Puisque le décallage d'un indices ne change pas fondamentalement 
64 le comportement de la version PROMELA par rapport au modèle initial
65 et pour des raisons de clareté, on utilisera par la suite la même 
66 lettre d'indice entre les deux niveaux (pour le modèle: $X_i$ et pour  PROMELA: 
67 \texttt{X[i]}). Cependant, ce décallage devra être conservé mémoire.
68
69 Une donnée de type \texttt{channel} permet le 
70 transfert de messages entre processus dans un ordre FIFO.
71 Elles serait déclarée avec le mot clef \verb+chan+ suivi par sa capacité 
72 (qui est constante), son nom et le type des messages qui sont stockés dans ce cannal.
73 Dans l'exemple précédent, on déclare successivement:
74 \begin{itemize}
75 \item un cannal \verb+sent+ qui vise à mémoriser\verb+d_0+ messages de type
76  \verb+bool+; le tableau nommé \verb+channels+ de \verb+N+*\verb+N+
77  éléments de type \verb+a_send+ est utilisé pour mémoriser les valeurs intermédiaires $X_j$;
78  Il permet donc de temporiser leur emploi par d'autres elements $i$.
79 \item les deux cannaux  \verb+unlock_elements_update+ et  \verb+sync_mutex+ contenant 
80 chacun un message booléen et utilisé ensuite comme des sémaphores.
81 \end{itemize}
82 \end{xpl}
83
84 %\subsection{PROMELA Processes} 
85 Le langage PROMELA exploite la notion de \emph{process} pour modéliser la concurence
86 au sein de systèmes. Un process est déclaréavec le mot-clef
87 \verb+proctype+  et est  instancié soit imédiatement (lorsque sa déclaration est préfixée 
88  par le mot-clef  \verb+active+) ou bien au moment de l'exécution de l'instruction 
89 \texttt{run}.
90 Parmi tous les process,  \verb+init+ est le process  initial qui permet 
91 d'initialiser les variables, lancer d'autres processes\ldots
92
93
94 Les instructions d'affecatation sont interprétées usuellement.
95 Les cannaux sont cernés par des instructions particulières d'envoi et de
96 réception de messages. Pour un cannal  
97 \verb+ch+,  ces instruction sont respectivement notées
98 \verb+ch  !  m+ et \verb+ch  ?  m+.
99 L'instruction de réception consomme la valeur en tête du cannal \verb+ch+
100 et l'affecte à la variable \verb+m+ (pour peu que  \verb+ch+ soit initialisé et non vide).
101 De manière similaire,l'instruction d'envoi ajoute la valeur de \verb+m+ à la queue du canal
102 \verb+ch+ (pour peu que celui-ci soit initialisé et non rempli).
103 Dans les cas problématiques, canal non initialisé et vide pour une reception ou bien rempli pour un envoi,
104 le processus est blocké jusqu'à ce que les  conditions soient  remplies.
105
106 La structures de contrôle   \verb+if+   (resp.   \verb+do+)   définit un choix non déterministe 
107  (resp.  une boucle non déterministe). Que ce soit pour la conditionnelle ou la boucle, 
108 si plus d'une des conditions est établie, l'ensemble des instructions correspondantes 
109 sera choisi aléatoirement puis exécuté.
110
111 Dans le process \verb+init+ détaillé à la {\sc Figure}~\ref{fig:spin:init}, 
112 une boucle de taille $N$ initialise aléatoirement la variable  globale de type tableau \verb+Xp+.
113 Ceci permet par la suite de verifier si les itérations sont  convergentes pour n'importe  
114 quelle configuration initiale $X^{(0)}$.
115
116
117
118 Pour chaque  élément $i$, si les itérations sont asynchrones
119 \begin{itemize}
120 \item on stocke d'abord la valeur de \verb+Xp[i]+ dans chaque \verb+Xd[j].v[i]+ 
121 puisque la matrice $S^0$ est égale à $(0)$,
122 \item puis, la valeur  de $i$ (représentée par  \verb+Xp[i]+) devrait être transmise 
123   à $j$  s'il y a un arc de $i$ à   $j$ dans le graphe d'incidence. Dans ce cas,
124   c'est la fonction  \verb+hasnext+ (non détaillée ici)  
125   \JFC{la détailler}
126   qui   memorise ce graphe
127   en fixant à  \texttt{true} la variable \verb+is_succ+, naturellement et à 
128   \texttt{false} dans le cas contraire. 
129   Cela permet d'envoyer la valeur de $i$ dans le canal au travers de \verb+channels[i].sent[j]+.
130 \end{itemize}
131
132 \begin{figure}[t]
133  \begin{minipage}[h]{.52\linewidth}
134 \begin{scriptsize}
135 \begin{lstlisting}
136 init{
137  int i=0; int j=0; bool is_succ=0;
138  do
139  ::i==N->break;
140  ::i< N->{
141    if
142    ::Xp[i]=0;
143    ::Xp[i]=1;
144    fi;
145    j=0;
146    do
147    ::j==N -> break;
148    ::j< N -> Xd[j].v[i]=Xp[i]; j++;
149    od;
150    j=0;
151    do
152    ::j==N -> break;
153    ::j< N -> {
154      hasnext(i,j);
155      if
156      ::(i!=j && is_succ==1) -> 
157      channels[i].sent[j] ! Xp[i];
158      ::(i==j || is_succ==0) -> skip; 
159      fi;  
160      j++;}
161    od;
162    i++;}
163  od;
164  sync_mutex ! 1;
165 }
166 \end{lstlisting}
167 \end{scriptsize}
168 \caption{PROMELA init process.}\label{fig:spin:init} 
169 \end{minipage}\hfill
170  \begin{minipage}[h]{.42\linewidth}
171 \begin{scriptsize}
172 \begin{lstlisting}
173 active proctype scheduler(){ 
174  do
175  ::sync_mutex ? 1 -> {
176    int i=0; int j=0;
177    do
178    :: i==N -> break;
179    :: i< N -> {
180      if
181      ::skip;
182      ::mods[j]=i; j++;
183      fi;
184      i++;}
185    od;
186    ar_len=i; 
187    unlock_elements_update ! 1;
188    }
189  od
190 }
191 \end{lstlisting}
192 \end{scriptsize}
193 \caption{Scheduler process for common pseudo-periodic strategy.
194  \label{fig:scheduler}}
195 \end{minipage}
196 \end{figure}
197
198
199
200 \section{Du système booléen au modèle PROMELA}
201 \label{sec:spin:translation}
202 Les éléments principaux des itérations asynchrones rappelées à l'équation 
203 (\ref{eq:async}) sont  la stratégie, la  fonctions et la gestion des délais.
204 Dans cette section, nous présentons successivement comment chacune de 
205 ces notions est traduite vers un modèle PROMELA.
206
207
208 \subsection{La stratégie}\label{sub:spin:strat}
209 Regardons comment une stratégie pseudo-périodique peut être représentée en PROMELA.
210 Intuitivement, un process \verb+scheduler+ (comme représenté à la {\sc Figure}~\ref{fig:scheduler}) 
211 est itérativement appelé pour construire chaque $S^t$ représentant 
212 les éléments possiblement mis à jour à l'itération $t$.
213
214 Basiquement, le process est une boucle qui est débloquée lorsque la valeur du sémaphore
215 \verb+sync_mutex+ est 1. Dans ce cas, les éléments à modifier sont choisis
216 aléatoirement  (grâce à  $n$ choix successifs) et sont mémorisés dans le tableau
217 \verb+mods+,  dont la taille est  \verb+ar_len+.   
218 Dans la séquence d'éxécution, le choix d'un élément mis à jour est directement
219 suivi par des mis àjour: ceci est réalisé grace à la modification de la valeur du sémaphore
220  \verb+unlock_elements_updates+.
221
222 \subsection{Applying the function $F$}\label{sub:spin:update}
223 Updating a set $S^t=\{s_1,\ldots, s_m\}$  of elements that occur in the strategy
224 $(S^t)^{t \in \Nats}$ is implemented by the \verb+update_elems+ process given
225 in~\ref{fig:proc}.  This  active  process waits  until  it is  unlocked by  the
226 \verb+scheduler+  process through  the  semaphore \verb+unlock_elements_update+.
227 The implementation is then fivefold:
228
229 \begin{enumerate}
230 \item it starts with updating the variable \texttt{X} with the values of \texttt{Xp}
231   thanks to the \texttt{update\_X} function (not detailed here);
232   %%we recall that the variable \texttt{X} is only defined as 
233 \item it stores in \texttt{Xd} the current available values of the elements thanks
234   to the function \texttt{fetch\_values} (see \Sec{sub:spin:vt});
235 \item  a loop  over the  number \texttt{ar\_len}  of elements  that have  to evolve
236   iteratively updates the  value of $j$ (through the  function call \texttt{F(j)})
237   provided   this  has   to   evolve,  \textit{i.e.},   it   is  referenced   by
238   \texttt{mods[count]}; source code  of \texttt{F} is given in~\ref{fig:p} and is a
239   direct translation of the map $F$;
240 \item the new components values in  \texttt{Xp} are symbolically sent to the other
241   components requiring them % for future access
242   thanks to the \texttt{diffuse\_values(Xp)} function (see \Sec{sub:spin:vt});
243 \item finally, this process informs the scheduler about the end of the task 
244   (through the semaphore \texttt{sync\_mutex}).
245 \end{enumerate}
246
247
248 \begin{figure}[t]
249   \begin{minipage}[h]{.475\linewidth}
250 \begin{scriptsize}
251 \begin{lstlisting}
252 active proctype update_elems(){
253  do
254  ::unlock_elements_update ? 1 ->
255    {
256     atomic{
257      bool is_succ=0;
258      update_X();
259      fetch_values();
260      int count = 0;
261      int j = 0;
262      do
263      ::count == ar_len -> break;
264      ::count < ar_len ->
265        j = mods[count];     
266        F(j);
267        count++;
268      od;
269      diffuse_values(Xp);
270      sync_mutex ! 1
271     }
272    }
273  od
274 }
275 \end{lstlisting}
276 \end{scriptsize}
277 \caption{Updatings of the elements.}\label{fig:proc}
278   \end{minipage}\hfill%
279 %\end{figure}
280 %\begin{figure}
281   \begin{minipage}[h]{.45\linewidth}
282 \begin{scriptsize}
283 \begin{lstlisting}
284 inline F(){
285  if
286  ::j==0 -> Xp[0] = 
287       (Xs[j].v[0] & !Xs[j].v[1]) 
288      |(Xs[j].v[2])
289  ::j==1 -> Xp[1] =  Xs[j].v[0] 
290                  | !Xs[j].v[2]
291  ::j==2 -> Xp[2] =  Xs[j].v[1] 
292                  &  Xs[j].v[2]
293  fi
294 }
295 \end{lstlisting}
296 \end{scriptsize}
297 \caption{Application of  function $F$.}\label{fig:p}
298   \end{minipage}
299 \end{figure}
300
301 % \subsection{Modifying  Values of one  Element}
302
303 % Each element $i$ may modify its value through the coresponding 
304 % active process \verb+pi+. 
305 % In Fig.~\ref{fig:p4} that gives the translation of 
306 % modifying the element $4$, the process is waiting until it is unlocked
307 % and then it computes the new value of $X_4$, represented by $X'_4$ 
308 % and memorized as \verb+Xp[4]+. 
309
310
311 % \begin{ProofCr}
312
313 % First of all, the second hypothesis of the previous proof is established.
314
315 % In this part, we prove that for any time $t$,  
316  
317 % The proof is achieved under the hypothesis that at current time $t$, 
318
319 % For $j$ in $J^t$, variables 
320 % \verb+v0+, \ldots \verb+vn-1+ are respectively 
321 % $X_0^{S_{j0}^t},\ldots, X_{n-1}^{S_{jn-1}^t}$.
322 % Since \verb+F+ is the direct translation of $F$, rest of the proof is obvious. 
323  
324   
325 % \end{ProofCr}
326
327 \subsection{Delays Handling}\label{sub:spin:vt}
328 This  section shows  how  delays are  translated  into PROMELA  through the  two
329 functions   \verb+fetch_values+  and   \verb+diffuse_values+,   given  in~\ref{fig:val} and~\ref{fig:broadcast}, that  respectively store and transmit the
330 element values.
331
332 \begin{figure}[t]
333   \begin{minipage}[h]{.475\linewidth}
334 \begin{scriptsize}
335 \begin{lstlisting}
336 inline fetch_values(){
337  int countv = 0;
338  do
339  :: countv == ar_len -> break ;
340  :: countv < ar_len ->
341     j = mods[countv];
342     i = 0;       
343     do
344     :: (i == N) -> break;
345     :: (i < N && i == j) -> {
346         Xd[j].v[i] = Xp[i] ;
347         i++ }   
348     :: (i < N && i != j) -> {
349         hasnext(i,j);
350         if
351         :: skip
352         :: is_succ==1 &&
353     nempty(channels[i].sent[j]) ->
354             channels[i].sent[j] ?
355                         Xd[j].v[i];
356         fi; 
357         i++ }
358     od;
359     countv++
360  od
361 }
362 \end{lstlisting}
363 \end{scriptsize}
364 \caption{Fetching of the elements values\label{fig:val}}
365   \end{minipage}\hfill%
366   \begin{minipage}[h]{.475\linewidth}
367 \begin{scriptsize}
368 \begin{lstlisting}
369 inline diffuse_values(values){   
370  int countb=0;
371  do
372  :: countb == ar_len -> break ;
373  :: countb < ar_len ->
374     j = mods[countb];
375     i = 0 ;
376     do
377     :: (i == N) -> break;
378     :: (i < N && i == j) -> i++;   
379     :: (i < N && i != j) -> {
380         hasnext(j,i);
381         if
382         :: skip
383         :: is_succ==1 && 
384      nfull(channels[j].sent[i]) ->
385             channels[j].sent[i] ! 
386                          values[j];
387         fi;
388         i++ }
389     od;
390     countb++
391  od
392 }       
393 \end{lstlisting}
394 \end{scriptsize}
395 \caption{Diffusion of the elements values}\label{fig:broadcast}
396   \end{minipage}
397 \end{figure}
398
399 The former potentially updates the  array \verb+Xd+ needed by elements that have
400 to be  modified.  For  each element in  \verb+mods+, identified by  the variable
401 $j$, the  function retrieves the values  of the other elements  (labeled by $i$)
402 whose $j$ depends on.  There are two cases:
403 \begin{itemize}
404 \item since $i$  knows its last value (\textit{i.e.},  $D^t_{ii}$ is always $t$)
405   \verb+Xd[i].v[i]+ is then \verb+Xp[i]+.
406 \item otherwise, there are two sub-cases which potentially update the value that
407   $j$ knows about $i$ (that may be chosen in a random way):
408   \begin{itemize}
409   \item  from the viewpoint of $j$  the value  of  $i$ may  not change  (the
410     \verb+skip+  statement) or  is not  relevant; this  latter case  arises when
411     there is no edge from $i$ to $j$ in the incidence graph, \textit{i.e.}, when
412     the value  of \verb+is_succ+ that  is computed by \verb+hasnext(i,j)+  is 0;
413     then the value of \verb+Xd[j].v[i]+ is not modified;
414   \item otherwise,  \verb+Xd[j].v[i]+ is assigned  with the value stored  in the
415     channel  \verb+channels[i].sent[j]+  (provided   this  one  is  not  empty).
416     Element  values  are  added  into  this channel  during  the  \verb+diffuse_values+
417     function as follows.
418   \end{itemize}
419 \end{itemize}
420
421 The \verb+diffuse_values+  function aims  at storing the  values of $X$  represented by
422 \verb+Xp+ in the  \verb+channels+.  It allows the SPIN  model-checker to execute
423 the PROMELA model as if it allowed delays between processes.
424 % as if computation mode were asynchronous. 
425 %For that reason, when an iteration has to synchronize the elements $i$ and 
426 %$j$  (\textit{i.e.} when \verb+sync[j] == sync[i]+ is true), 
427 % no delay emulation is performed.
428 %In the asynchronous mode, 
429 There are two cases concerning the value of $X_{j}$:
430 \begin{itemize}
431 \item either it is left out to allow $i$ not to take into account all the values
432   of  $j$; this case  occurs either  through the  \verb+skip+ statement  or when
433   there is no edge from $j$ to $i$ in the incidence graph;
434 \item or it is stored  in the channel \verb+channels[j].sent[i]+ (provided it is
435   not full).
436 \end{itemize}
437
438 Introducing     non-determinism      both     in     \verb+fetch_values+     and
439 \verb+diffuse_values+   functions  is   necessary  in   our  context.    If  the
440 non-determinism would be used only  in \verb+fetch_values+, then it would not be
441 possible  for instance  to retrieve  the value  $X_i^{(t)}$ without  taking into
442 account the value  $X_i^{(t-1)}$.  On the other hand,  if the non-determinism is
443 only used  in \verb+diffuse_values+, then each  time a value is  pushed into the
444 channel, this  value is  immediately consumed, which  contradicts the  notion of
445 delays.
446
447 \subsection{Discussion}
448 A  coarse approach  could consist  in providing  one process  for  each element.
449 However, the  distance with  the mathematical model  given in  \Equ{eq:async} of
450 such a translation would be larger  than the method presented along these lines.
451 It induces  that it would be harder  to prove the soundness  and completeness of
452 such a translation.   For that reason we have developed a  PROMELA model that is
453 as close as possible to the mathematical one.
454
455 Notice furthermore that PROMELA is an  imperative language which
456 often results in generating  intermediate  states 
457 (to  execute  a matrix assignment  for
458 instance). 
459 The  use  of  the  \verb+atomic+  keyword  allows  the  grouping  of
460 instructions, making the PROMELA code and the DDN as closed as possible.
461
462 \subsection{Universal Convergence Property}
463 We are left to show how to formalize into the SPIN model-checker that iterations
464 of a DDN with $n$ elements are universally convergent.  We first recall that the
465 variables \verb+X+  and \verb+Xp+ respectively  contain the value of  $X$ before
466 and after  an update.  Then,  by applying a non-deterministic  initialization of
467 \verb+Xp+  and  applying  a   pseudo-periodic  strategy,  it  is  necessary  and
468 sufficient to establish the following Linear Temporal Logic (LTL) formula:
469 \begin{equation}
470 \diamond  (\Box  \verb+Xp+ = \verb+X+)
471 \label{eq:ltl:conv}
472 \end{equation}
473 where $\diamond$  and $\Box$ have the usual  meaning \textit{i.e.}, respectively
474 {\em eventually} and {\em always} in  the subsequent path.  It is worth noticing
475 that this property only ensures the stabilization of the system, but it does not
476 provide any information  over the way the system  converges. In particular, some
477 indeterminism  may still  be present  under the  form of  multiple  fixed points
478 accessible from some initial states.
479
480
481
482 \section{Proof of Translation Correctness}\label{sec:spin:proof}
483 \JFC{Déplacer les preuves en annexes}
484
485 This  section  establishes  the  soundness  and  completeness  of  the  approach
486 (Theorems~\ref{Theo:sound}  and ~\ref{Theo:completeness}). Technical  lemmas are
487 first shown to ease the proof of the two theorems.
488    
489
490 % \begin{Lemma}[Absence of deadlock]\label{lemma:deadlock}
491 %   Let $\phi$ be a DDN model and $\psi$ be its translation.  There is no deadlock
492 %   in any execution of $\psi$.
493 % \end{Lemma}
494 % \begin{Proof}
495 %   In current  translation, deadlocks of  PROMELA may only be  introduced through
496 %   sending  or  receiving messages  in  channels.   Sending  (resp. receiving)  a
497 %   message in the  \verb+diffuse_values+ (resp.  \verb+fetch_values+) function is
498 %   executed  only if  the  channel is  not full  (resp.  is not  empty).  In  the
499 %   \verb+update_elems+ and \verb+scheduler+ processes, each time one adds a value
500 %   in     any     semaphore     channel    (\verb+unlock_elements_update+     and
501 %   \verb+sync_mutex+), the corresponding value is read; avoiding deadlocks by the
502 %   way.
503 % \end{Proof}
504
505
506 \begin{lemma}[Strategy Equivalence]\label{lemma:strategy}
507   Let $\phi$  be a  DDN with strategy  $(S^t)^{t \in  \Nats}$ and $\psi$  be its
508   translation.  There exists an execution of $\psi$ with weak fairness s.t.  the
509   scheduler makes \verb+update_elems+ update elements of $S^t$ at iteration $t$.
510 \end{lemma}
511 \begin{Proof}
512   The proof is direct  for $t=0$. Let us suppose it is  established until $t$ is
513   some $t_0$.  Let  us consider pseudo-periodic strategies.  Thanks  to the weak
514   fairness equity property, \verb+update_elems+ will modify elements of $S^t$ at
515   iteration $t$.
516 \end{Proof}
517
518 In     what     follows,     let     $Xd^t_{ji}$     be     the     value     of
519 \verb+Xd[+$j$\verb+].v[+$i$\verb+]+  after  the   $t^{\text{th}}$  call  to  the
520 function  \verb+fetch_values+.  Furthermore,  let $Y^k_{ij}$  be the  element at
521 index  $k$  in  the  channel  \verb+channels[i].sent[j]+ of  size  $m$,  $m  \le
522 \delta_0$; $Y^0_{ij}$ and $Y^{m-1}_{ij}$ are  respectively the head and the tail
523 of the  channel.  Secondly, let $(M_{ij}^t)^{t \in  \{1, 1.5, 2, 2.5,\ldots\}}$ be a
524 sequence such  that $M_{ij}^t$ is the  partial function that  associates to each
525 $k$, $0 \le k \le  m-1$, the tuple $(Y^k_{ij},a^k_{ij},c^k_{ij})$ while entering
526 into the \verb+update_elems+ at iteration $t$ where
527 % \begin{itemize}
528 % \item
529  $Y^k_{ij}$ is the value of the channel \verb+channels[i].sent[j]+
530   at index $k$,
531 %\item 
532 $a^k_{ij}$ is the date (previous to $t$) when $Y^k_{ij}$ has been added and
533 %\item 
534 $c^k_{ij}$ is the  first date at which the value is  available on $j$. So,
535   the value is removed from the channel $i\rightarrow j$ at date $c^k_{ij}+1$.
536 %\end{itemize}
537 $M_{ij}^t$ has the following signature:
538 \begin{equation*}
539 \begin{array}{rrcl}
540 M_{ij}^t: & 
541 \{0,\ldots, \textit{max}-1\} &\rightarrow & E_i\times \Nats \times \Nats \\
542 & k  \in \{0,\ldots, m-1\} & \mapsto & M_{ij}(k)= (Y^k_{ij},a^k_{ij},c^k_{ij}).
543 \end{array}  
544 \end{equation*}
545
546 Intuitively,  $M_{ij}^t$  is  the  memory  of  \verb+channels[i].sent[j]+  while
547 starting the iteration $t$.  Notice that the domain of any $M_{ij}^1$ is $\{0\}$
548 and   $M_{ij}^1(0)=(\verb+Xp[i]+,0,0)$:    indeed,   the   \verb+init+   process
549 initializes \verb+channels[i].sent[j]+ with \verb+Xp[i]+.
550
551 Let us  show how  to make the  indeterminism inside the  two functions\linebreak
552 \verb+fetch_values+  and  \verb+diffuse_values+  compliant with  \Equ{eq:async}.
553 The  function   $M_{ij}^{t+1}$  is  obtained   by  the  successive   updates  of
554 $M_{ij}^{t}$  through   the  two  functions\linebreak   \verb+fetch_values+  and
555 \verb+diffuse_values+.   Abusively,   let  $M_{ij}^{t+1/2}$  be   the  value  of
556 $M_{ij}^{t}$ after the former function during iteration $t$.
557
558 In  what follows, we  consider elements  $i$ and  $j$ both  in $\llbracket  1, n
559 \rrbracket$   that  are   updated.   At   iteration   $t$,  $t   \geq  1$,   let
560 $(Y^0_{ij},a^0_{ij},c^0_{ij})$ be the value of $M_{ij}^t(0)$ at the beginning of
561 \verb+fetch_values+.   If $t$  is  equal  to $c^0_{ij}+1$  then  we execute  the
562 instruction    that   assigns    $Y^0_{ij}$   (\textit{i.e.},     the   head    value   of
563 \verb+channels[i].sent[j]+)  to   $Xd_{ji}^t$.   In  that   case,  the  function
564 $M_{ij}^t$ is updated as follows: $M_{ij}^{t+1/2}(k) = M_{ij}^{t}(k+1)$ for each
565 $k$, $0 \le k \le m-2$ and $m-1$ is removed from the domain of $M_{ij}^{t+1/2}$.
566 Otherwise (\textit{i.e.}, when  $t < c^0_{ij}+1$ or when  the domain of $M_{ij}$
567 is  empty)   the  \verb+skip+  statement  is  executed   and  $M_{ij}^{t+1/2}  =
568 M_{ij}^{t}$.
569
570 In the function \verb+diffuse_values+, if  there exists some $\tau$, $\tau\ge t$
571 such that \mbox{$D^{\tau}_{ji} = t$}, let  $c_{ij}$ be defined by $ \min\{l \mid
572 D^{l}_{ji} =  t \} $.  In  that case, we  execute the instruction that  adds the
573 value   \verb+Xp[i]+   to  the   tail   of  \verb+channels[i].sent[j]+.    Then,
574 $M_{ij}^{t+1}$ is defined  as an extension of $M_{ij}^{t+1/2}$  in $m$ such that
575 $M_{ij}^{t+1}(m)$ is $(\verb+Xp[i]+,t,c_{ij})$.  Otherwise (\textit{i.e.}, when $\forall l
576 \, .  \, l \ge t  \Rightarrow D^{l}_{ji} \neq t$ is established) the \verb+skip+
577 statement is executed and $M_{ij}^{t+1} = M_{ij}^{t+1/2}$.
578
579
580 \begin{lemma}[Existence of SPIN Execution]\label{lemma:execution}
581   For any sequences $(S^t)^{t  \in \Nats}$,\linebreak $(D^t)^{t \in \Nats}$, for
582   any map $F$ there exists a SPIN  execution such that for any iteration $t$, $t
583   \ge  1$, for  any $i$ and $j$ in  $\llbracket 1, n \rrbracket$  we  have the
584   following properties:
585    
586 \noindent If the domain of $M_{ij}^t$ is not empty, then
587 \begin{equation}
588   \left\{
589     \begin{array}{rcl}
590       M_{ij}^1(0) & = & \left(X_i^{D_{ji}^{0}}, 0,0 \right) \\
591       \textrm{if $t \geq 2$ then }M_{ij}^t(0) & = &
592       \left(X_i^{D_{ji}^{c}},D_{ji}^{c},c \right) \textrm{, }
593       c = \min\{l | D_{ji}^l > D_{ji}^{t-2} \}
594     \end{array}
595   \right.
596   \label{eq:Mij0}
597 \end{equation}
598 \noindent Secondly we have:
599 \begin{equation}
600   \forall t'\, .\,   1 \le t' \le t  \Rightarrow   Xd^{t'}_{ji} = X^{D^{t'-1}_{ji}}_i
601   \label{eq:correct_retrieve}
602 \end{equation}
603 \noindent Thirdly, for any $k\in S^t$.  Then, the value of the computed variable
604 \verb+Xp[k]+  at  the  end  of  the  \verb+update_elems+  process  is  equal  to
605 $X_k^{t}$          \textit{i.e.},          $F_{k}\left(         X_1^{D_{k\,1}^{t-1}},\ldots,
606   X_{n}^{D_{k\,{n}}^{t-1}}\right)$ at the end of the $t^{\text{th}}$ iteration.
607 \end{lemma}
608 \begin{Proof}
609 The proof is done by induction on the number of iterations.
610
611 \paragraph{Initial case:}
612
613 For the first  item, by definition of $M_{ij}^t$, we  have $M_{ij}^1(0) = \left(
614   \verb+Xp[i]+, 0,0 \right)$ that is obviously equal to $\left(X_i^{D_{ji}^{0}},
615   0,0 \right)$.
616
617 Next, the first call to  the function \verb+fetch_value+ either assigns the head
618 of   \verb+channels[i].sent[j]+  to   \verb+Xd[j].v[i]+  or   does   not  modify
619 \verb+Xd[j].v[i]+.  Thanks to  the \verb+init+ process, both cases  are equal to
620 \verb+Xp[i]+,  \textit{i.e.}, $X_i^0$.  The  equation (\ref{eq:correct_retrieve})  is then
621 established.
622
623
624 For  the last  item, let  $k$, $0  \le  k \le  n-1$.  At  the end  of the  first
625 execution\linebreak   of   the  \verb+update_elems+   process,   the  value   of
626 \verb+Xp[k]+       is\linebreak       $F(\verb+Xd[+k\verb+].v[0]+,       \ldots,
627 \verb+Xd[+k\verb+].v[+n-1\verb+]+)$.  Thus,  by definition of $Xd$,  it is equal
628 to $F(Xd^1_{k\,0}, \ldots,Xd^1_{k\,n-1})$.  Thanks to \Equ{eq:correct_retrieve},
629 we can conclude the proof.
630
631
632
633 \paragraph{Inductive case:}
634
635 Suppose now that lemma~\ref{lemma:execution} is established until iteration $l$.
636
637 First,  if domain  of definition  of the  function $M_{ij}^l$  is not  empty, by
638 induction  hypothesis $M_{ij}^{l}(0)$  is  $\left(X_i^{D_{ji}^{c}}, D_{ji}^{c},c
639 \right)$ where $c$ is $\min\{k | D_{ji}^k > D_{ji}^{l-2} \}$.
640
641 At iteration $l$, if  $l < c + 1$ then the  \verb+skip+ statement is executed in
642 the   \verb+fetch_values+  function.   Thus,   $M_{ij}^{l+1}(0)$  is   equal  to
643 $M_{ij}^{l}(0)$.  Since $c > l-1$  then $D_{ji}^c > D_{ji}^{l-1}$ and hence, $c$
644 is $\min\{k  | D_{ji}^k  > D_{ji}^{l-1} \}$.  Obviously, this implies  also that
645 $D_{ji}^c > D_{ji}^{l-2}$ and $c=\min\{k | D_{ji}^k > D_{ji}^{l-2} \}$.
646
647 We now consider that at iteration $l$, $l$ is $c + 1$.  In other words, $M_{ij}$
648 is modified depending on the domain $\dom(M^l_{ij})$ of $M^l_{ij}$:
649 \begin{itemize}
650 \item  if $\dom(M_{ij}^{l})=\{0\}$  and $\forall  k\,  . \,  k\ge l  \Rightarrow
651   D^{k}_{ji} \neq l$  is established then $\dom(M_{ij}^{l+1})$ is  empty and the
652   first item of the lemma  is established; 
653 \item if $\dom(M_{ij}^{l})=\{0\}$ and $\exists  k\, . \, k\ge l \land D^{k}_{ji}
654   = l$  is established then $M_{ij}^{l+1}(0)$  is $(\verb+Xp[i]+,l,c_{ij})$ that
655   is  added  in  the  \verb+diffuse_values+ function  s.t.\linebreak  $c_{ij}  =
656   \min\{k  \mid  D^{k}_{ji}  = l  \}  $.   Let  us  prove  that we  can  express
657   $M_{ij}^{l+1}(0)$  as  $\left(X_i^{D_{ji}^{c'}},D_{ji}^{c'},c' \right)$  where
658   $c'$ is  $\min\{k |  D_{ji}^k > D_{ji}^{l-1}  \}$.  First,  it is not  hard to
659   establish that  $D_{ji}^{c_{ij}}= l \geq  D_{ji}^{l} > D_{ji}^{l-1}$  and thus
660   $c_{ij}  \geq   c'$.   Next,  since   $\dom(M_{ij}^{l})=\{0\}$,  then  between
661   iterations $D_{ji}^{c}+1$ and $l-1$, the \texttt{diffuse\_values} function has
662   not updated $M_{ij}$.  Formally we have
663 $$
664 \forall t,k  \, .\, D_{ji}^c <  t < l \land  k \geq t  \Rightarrow D_{ji}^k \neq
665 t.$$
666
667 Particularly, $D_{ji}^{c'} \not  \in \{D_{ji}^{c}+1,\ldots,l-1\}$.  We can apply
668 the     third    item     of    the     induction    hypothesis     to    deduce
669 $\verb+Xp[i]+=X_i^{D_{ji}^{c'}}$ and we can conclude.
670
671 \item  if   $\{0,1\}  \subseteq  \dom(M_{ij}^{l})$   then  $M_{ij}^{l+1}(0)$  is
672   $M_{ij}^{l}(1)$.   Let  $M_{ij}^{l}(1)=  \left(\verb+Xp[i]+, a_{ij}  ,  c_{ij}
673   \right)$.   By  construction $a_{ij}$  is  $\min\{t'  |  t' >  D_{ji}^c  \land
674   (\exists k \, .\, k \geq t' \land D_{ji}^k = t')\}$ and $c_{ij}$ is $\min\{k |
675   D_{ji}^k = a_{ij}\}$.  Let us show  $c_{ij}$ is equal to $\min\{k | D_{ji}^k >
676   D_{ji}^{l-1} \}$ further  referred as $c'$.  First we  have $D_{ji}^{c_{ij}} =
677   a_{ij} >  D_{ji}^c$. Since $c$  by definition is  greater or equal to  $l-1$ ,
678   then $D_{ji}^{c_{ij}}>  D_{ji}^{l-1}$ and then $c_{ij} \geq  c'$.  Next, since
679   $c$ is  $l-1$, $c'$ is $\min\{k |  D_{ji}^k > D_{ji}^{c} \}$  and then $a_{ij}
680   \leq  D_{ji}^{c'}$. Thus,  $c_{ij} \leq  c'$  and we  can conclude  as in  the
681   previous part.
682 \end{itemize}
683
684
685 The case where  the domain $\dom(M^l_{ij})$ is empty but  the formula $\exists k
686 \, .\, k \geq  l \land D_{ji}^k = l$ is established  is equivalent to the second
687 case given above and then is omitted.
688
689
690 Secondly, let us focus on the formula~(\ref{eq:correct_retrieve}).  At iteration
691 $l+1$, let $c'$ be defined as $\min\{k | D_{ji}^k > D_{ji}^{l-1} \}$.  Two cases
692 have to be  considered depending on whether $D_{ji}^{l}$  and $D_{ji}^{l-1}$ are
693 equal or not.
694 \begin{itemize}
695 \item If  $D_{ji}^{l} = D_{ji}^{l-1}$, since $D_{ji}^{c'}  > D_{ji}^{l-1}$, then
696   $D_{ji}^{c'} > D_{ji}^{l}$ and then $c'$  is distinct from $l$. Thus, the SPIN
697   execution detailed  above does not  modify $Xd_{ji}^{l+1}$.  It is  obvious to
698   establish   that   $Xd_{ji}^{l+1}  =   Xd_{ji}^{l}   =  X_i^{D_{ji}^{l-1}}   =
699   X_i^{D_{ji}^{l}}$.
700 \item Otherwise $D_{ji}^{l}$ is greater than $D_{ji}^{l-1}$ and $c$ is thus $l$.
701   According     to     \Equ{eq:Mij0}     we     have    proved,     we     have
702   $M_{ij}^{l+1}(0)=(X_i^{D_{ji}^{l}},D_{ji}^{l},l)$.   Then  the SPIN  execution
703   detailed above  assigns $X_i^{D_{ji}^{l}}$ to $Xd_{ji}^{l+1}$,  which ends the
704   proof of (\ref{eq:correct_retrieve}).
705 \end{itemize}
706
707 We are left to prove the induction of  the third part of the lemma.  Let $k$, $k
708 \in S^{l+1}$. % and $\verb+k'+ = k-1$.
709 At the  end of the first  execution of the \verb+update_elems+  process, we have
710 $\verb+Xp[+k\verb+]+=                                   F(\verb+Xd[+k\verb+][0]+,
711 \ldots,\verb+Xd[+k\verb+][+n\verb+-1]+)+$.  By  definition of $Xd$,  it is equal
712 to      $F(Xd^{l+1}_{k\,0},      \ldots,Xd^{l+1}_{k\,n-1})$.      Thanks      to
713 \Equ{eq:correct_retrieve} we have proved, we can conclude the proof.
714 \end{Proof}
715
716
717 \begin{lemma}
718   Bounding the size of channels  to $\textit{max} = \delta_0$ is sufficient when
719   simulating a DDN where delays are bounded by $\delta_0$.
720 \end{lemma}
721
722 \begin{Proof}
723   For  any $i$,  $j$, at  each  iteration $t+1$,  thanks to  bounded delays  (by
724   $\delta_0$),  element $i$  has to  know at  worst $\delta_0$  values  that are
725   $X_j^{t}$, \ldots, $X_j^{t-\delta_0+1}$.  They  can be stored into any channel
726   of size $\delta_0$.
727 \end{Proof}
728
729
730 \begin{theorem}[Soundness wrt universal convergence property]\label{Theo:sound}
731   Let $\phi$ be  a DDN model and $\psi$ be its  translation.  If $\psi$ verifies
732   the  LTL  property  (\ref{eq:ltl:conv})  under weak  fairness  property,  then
733   iterations of $\phi$ are universally convergent.
734 \end{theorem}
735 \begin{Proof}
736 %   For  the  case  where  the  strategy  is  finite,  one  notice  that  property
737 %   verification  is achieved  under  weak fairness  property.  Instructions  that
738 %   write or read into \verb+channels[j].sent[i]+ are continuously enabled leading
739 %   to  convenient  available  dates  $D_{ji}$.   It is  then  easy  to  construct
740 %   corresponding iterations of the DDN that are convergent.
741 % \ANNOT{quel sens donnes-tu a \emph{convenient} ici ?}
742
743   Let us show the contraposition of the theorem.  The previous lemmas have shown
744   that for any  sequence of iterations of the DDN, there  exists an execution of
745   the PROMELA  model that  simulates them.   If some iterations  of the  DDN are
746   divergent, then  they prevent  the PROMELA model  from stabilizing,  \textit{i.e.},  not
747   verifying the LTL property (\ref{eq:ltl:conv}).
748 \end{Proof}
749
750
751 % \begin{Corol}[Soundness wrt universall convergence property]\label{Theo:sound}
752 % Let $\phi$ be a DDN model where strategy, $X^(0)$ 
753 % are only constrained to be pseudo-periodic and
754 % in $E$ respectively.
755 % Let $\psi$ be its translation.
756 % If all the executions of $\psi$ converge, 
757 % then  iterations of $\phi$ are universally convergent.
758 % \end{Corol}
759
760
761
762 \begin{theorem}[Completeness wrt universal convergence property]\label{Theo:completeness}
763   Let $\phi$ be a  DDN model and $\psi$ be its translation.   If $\psi$ does not
764   verify the LTL property  (\ref{eq:ltl:conv}) under weak fairness property then
765   the iterations of $\phi$ are divergent.
766 \end{theorem}
767 \begin{Proof}
768   For models $\psi$  that do not verify the  LTL property (\ref{eq:ltl:conv}) it
769   is easy  to construct corresponding iterations  of the DDN,  whose strategy is
770   pseudo-periodic since weak fairness property is taken into account.
771
772 %   i.e. iterations that  are divergent.   Executions are
773 %   performed under weak  fairness property; we then detail  what are continuously
774 %   enabled:
775 % \begin{itemize}
776 % \item if the strategy is not  defined as periodic, elements $0$, \ldots, $n$ are
777 %   infinitely often updated leading to pseudo-periodic strategy;
778 % \item  instructions  that  write  or read  into  \verb+channels[j].sent[i]+  are
779 %   continuously enabled leading to convenient available dates $D_{ji}$.
780 % \end{itemize}
781 % The simulated DDN does not stabilize and its iterations are divergent.
782  \end{Proof}
783
784
785
786 \section{Practical Issues}
787 \label{sec:spin:practical}
788 This  section  first  gives  some  notes about  complexity  and  later  presents
789 experiments.
790 %\subsection{Complexity Analysis}
791 %\label{sub:spin:complexity}
792 \begin{theorem}[Number of states]
793   Let $\phi$ be a DDN model with  $n$ elements, $m$ edges in the incidence graph
794   and $\psi$ be  its translation into PROMELA.  The  number of configurations of
795   the $\psi$ SPIN execution is bounded by $2^{m\times(\delta_0+1)+n(n+2)}$.
796 \end{theorem}
797 \begin{Proof}
798   A configuration is a valuation  of global variables. Their number only depends
799   on those that are not constant.
800
801   The  variables  \verb+Xp+ \verb+X+  lead  to  $2^{2n}$  states.  The  variable
802   \verb+Xs+ leads to $2^{n^2}$ states.  Each channel of \verb+array_of_channels+
803   may  yield $1+2^1+\ldots+2^{\delta_0}=  2^{\delta_0+1}-1$  states.  Since  the
804   number of  edges in  the incidence  graph is $m$,  there are  $m$ non-constant
805   channels,  leading  to  approximately $2^{m\times(\delta_0+1)}$  states.   The
806   number of configurations is then bounded by $2^{m\times(\delta_0+1)+n(n+2)}$.
807   Notice that  this bound is tractable  by SPIN for  small values of $n$, 
808   $m$ and $\delta_0$.
809 \end{Proof}
810
811
812
813 The  method detailed along  the line  of this  article has  been applied  on the
814 running example to formally prove its universally convergence.
815
816 First  of all,  SPIN only  considers  weak fairness  property between  processes
817 whereas  above  proofs need  such  a  behavior to  be  established  each time  a
818 non-deterministic choice is done.
819
820
821 A first attempt has consisted in building the following formula
822 each time an undeterministic choice between $k$ elements 
823 respectively labeled $l1$, \ldots $lk$ occurs:  
824 $$
825 [] <> (l == l0) \Rightarrow 
826 (([] <> (l== l1)) \land  \ldots \land ([] <> (l == lk)))
827 $$
828 where label $l0$ denotes the line before the choice.
829 This formula exactly translates the fairness property.
830 The negation of such a LTL formula may then be efficiently translated  
831 into a Büchi automata  with the tool ltl2ba~\cite{GO01}.
832 However due to an explosion of the size of the product 
833 between this automata and the automata issued from the PROMELA program 
834 SPIN did not success to verify whether the property is established or not. 
835
836 This problem has been practically tackled by leaving spin generating all the (not necessarily fair) computations and verifying convergence property on them.
837 We are then left to interpret its output with two issues.
838 If property is established for all the computations, 
839 it is particularly established for fair ones and iterations are convergent. 
840 In the opposite case, when facing to a counter example, an analysis of the SPIN 
841 output is achieved. 
842 \begin{xpl}
843 Experiments have shown that all the iterations of the running example are 
844 convergent for a delay equal to 1 in less than 10 min.
845 The example presented in~\cite{abcvs05} with five elements taking boolean 
846 values has been verified with method presented in this article.   
847 Immediately, SPIN computes a counter example, that unfortunately does not
848 fulfill fairness properties. Fair counter example is obtained
849 after few minutes.
850 All the experimentation have been realized in a classic desktop computer.
851 \end{xpl}
852
853
854
855
856
857 %However preliminary experiments have shown the interest of the approach.  
858
859
860
861 % The method detailed along the line of this article has been 
862 % applied on some examples to formally prove their convergence
863 % (Fig.~\ref{fig:async:exp}).
864 % In these experiments, Delays are supposed to be bounded by $\delta_0$ set to 10.
865 % In these arrays, 
866 % $P$ is true ($\top$) provided the  uniform convergence property is established, false ($\bot$) otherwise,  
867 % $M$ is the amount of memory usage (in MB) and 
868 % $T$ is the time needed on a Intel Centrino Dual Core 2 Duo @1.8GHz  with 2GB of memory, both  
869 % to establish or refute the property.
870
871 % RE is the running example of this article, 
872 % AC2D is a cellular automata with 9 elements taking boolean values
873 % according their four neighbors 
874 % and BM99 is has been proposed in~\cite{BM99} and consists of 10 process
875 % modifying their boolean values, but with many connected connection graph. 
876
877
878
879
880
881 % \begin{figure}
882 % \begin{center}
883 % \scriptsize
884 % \begin{tabular}{|*{13}{c|}}
885 % \cline{2-13}
886 % \multicolumn{1}{c|}{ }
887 % &\multicolumn{6}{|c|}{Mixed Mode} & \multicolumn{6}{|c|}{Only Bounded} \\
888 % \cline{2-13}
889 % \multicolumn{1}{c|}{ }
890 % &\multicolumn{3}{|c|}{Parallel} & \multicolumn{3}{|c|}{Pseudo-Periodic} &
891 % \multicolumn{3}{|c|}{Parallel} & \multicolumn{3}{|c|}{Pseudo-Periodic} \\
892 % \cline{2-13}
893 % \multicolumn{1}{c|}{ }
894 % &P & M & T &
895 % P & M & T &
896 % P & M & T&
897 % P & M & T \\
898 % \hline %cline{2-13}
899 % Running Example & 
900 % $\top$ & 409 & 1m11s&
901 % $\bot$ & 370 & 0.54 &
902 % $\bot$ & 374 & 7.7s&
903 % $\bot$ & 370 & 0.51s \\
904 % \hline %\cline{2-13}
905 % AC2D 
906 % &$\bot$ & 2.5 & 0.001s  % RC07_async_mixed.spin
907 % &$\bot$ & 2.5 & 0.01s   % RC07_async_mixed_all.spin
908 % &$\bot$ & 2.5 & 0.01s   % RC07_async.spin
909 % &$\bot$ & 2.5 & 0.01s  \\ % RC07_async_all.spin 
910 % \hline %\cline{2-13}
911 % BM99 
912 % &$\top$ &  &   %BM99_mixed_para.spin 
913 % &$\top$ &  &    % RC07_async_mixed_all.spin
914 % &$\bot$ &  &    % RC07_async.spin
915 % &$\bot$ &  &   \\ % RC07_async_all.spin 
916 % \hline %\cline{2-13}
917 % \end{tabular}
918 % \end{center}
919 % \caption{Experimentations with Asynchronous Iterations}\label{fig:async:exp}
920 % \end{figure} 
921
922
923
924 % The example~\cite{RC07} deals with a network composed of two genes taking their 
925 % values into $\{0,1,2\}$. Since parallel iterations is already diverging, 
926 % the same behavior is observed for all other modes.
927 % The Figure~\ref{fig:RC07CE} gives the trace leading to convergence property 
928 % violation output by SPIN.
929 % It corresponds to peridic strategy that repeats $\{1,2\};\{1,2\};\{1\};\{1,2\};\{1,2\}$ and starts with $X=(0,0)$.
930    
931   
932 % In the example extracted from~\cite{BM99},
933 % we have 10 processors computing a binary value.
934 % Due to the huge number of  dependencies between these calculus, 
935 % $\delta_0$ is reduced to 1. It nevertheless leads to about $2^{100}$ 
936 % configurations in asynchronous iterations.
937
938 % Let us focus on checking universal convergence of asynchronous iterations 
939 % of example~\cite{BCVC10:ir}. 
940 % With a $\delta_0$ set to 5, SPIN generates an out of memory error.  
941 % However, it succeed to prove that the property is not established even
942 % with $\delta_0$ set to 1 which is then sufficient.
943
944
945 % \begin{figure}
946 % \begin{center}
947 % \begin{tiny}
948 % \begin{tabular}{|*{7}{c|}}
949 % \cline{2-7}
950 % \multicolumn{1}{c|}{ }
951 % &\multicolumn{3}{|c|}{Parallel} & \multicolumn{3}{|c|}{Pseudo-Periodic} \\
952 % \cline{2-7}
953 % \multicolumn{1}{c|}{ }& 
954 % P & M & T&
955 % P & M & T \\
956 % \hline %\cline{2-7}
957 % Running  &
958 % $\top$ & 2.7 & 0.01s & 
959 % $\bot$ & 369.371 & 0.509s \\ 
960 % \hline %\cline{2-7}
961 % \cite{RC07} example &
962 % $\bot$ & 2.5 & 0.001s & % RC07_sync.spin
963 % $\bot$ & 2.5 & 0.01s \\ % RC07_sync_chao_all.spin
964 % \hline
965 % \cite{BM99} example &
966 % $\top$ & 36.7 & 12s & % BM99_sync_para.spin
967 % $\top$ &  &  \\ % BM99_sync_chao.spin
968 % \hline
969 % \end{tabular}
970 % \end{tiny}
971 % \end{center}
972 % \caption{Experimentations with Synchronous Iterations}\label{fig:sync:exp}
973 % \end{figure} 
974
975
976
977
978
979
980 % \begin{tabular}{|*{}{c|}}
981 % % \hline 
982 % % e \\
983 % % 
984 % \hline
985 % & \multicolumn{6}{|c|}{Synchronous} & \multicolumn{12}{|c|}{Asynchronous}\\
986 % \cline{8-19}
987 % Delay &  \multicolumn{6}{|c|}{ }
988 % & \multicolumn{6}{|c|}
989 % {Only Bounded}
990 % & \multicolumn{6}{|c|}
991 % {Bounded+Mixed Mode}\\
992 % Strategy&
993 % \multicolumn{3}{|c|}{Parallel} & \multicolumn{3}{|c|}{Chaotic} &
994 % \multicolumn{3}{|c|}{Parallel} & \multicolumn{3}{|c|}{Chaotic} &
995 % \multicolumn{3}{|c|}{Parallel} & \multicolumn{3}{|c|}{Chaotic} \\
996
997
998 % \end{tabular}
999
1000  
1001 \section{Conclusion and Future Work}
1002 \label{sec:spin:concl}
1003 Stochastic based prototypes have been implemented to generate both 
1004 strategies and delays for asynchronous iterations in first in~\cite{BM99,BCV02}.
1005 However, since these research softwares are not exhaustive, they really give an 
1006 formal answer when they found a counterexample. When facing convergence, they only convince 
1007 the user about this behavior  without exhibiting a proof. 
1008  
1009 As far as we know, no implemented formal method tackles the problem of
1010 proving asynchronous iterations convergence. 
1011 In the theoretical work~\cite{Cha06} Chandrasekaran shows that asynchronous iterations
1012 are convergent iff we can build a decreasing Lyaponov function, 
1013 but does not gives any automated method to compute it.  
1014
1015 In this work, we  have shown how convergence proof for any asynchronous
1016 iterations of  discrete dynamical networks  with bounded delays
1017 can be automatically achieved.
1018 The key idea is to translate the network (map, strategy) into PROMELA and 
1019 to leave the SPIN model checker establishing the validity 
1020 of the temporal property corresponding to the convergence.
1021 The correctness and completeness of the approach have been proved, notably 
1022 by computing a SPIN execution of the PROMELA model that have the same
1023 behaviors than initial network.
1024 The complexity of the problem is addressed. It shows that non trivial example 
1025 may be addressed by this technique.
1026
1027 Among drawbacks of the method,  one can argue that bounded delays is only 
1028 realistic in practice for close systems. 
1029 However, in real large scale distributed systems where bandwidth is weak, 
1030 this restriction is too strong. In that case, one should only consider that 
1031 matrix $S^{t}$ follows the  iterations of the system, \textit{i.e.},
1032 for all $i$, $j$, $1 \le i \le j \le n$,  we have$
1033 \lim\limits_{t \to \infty} S_{ij}^t = + \infty$. 
1034 One challenge of this work should consist in weakening this constraint. 
1035 We plan as future work to take into account other automatic approaches 
1036 to discharge proofs notably by deductive analysis~\cite{CGK05}. 
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