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D. Moiseiuk:
"Rewriting in Bigraphical Reactive Systems: Specification and Rapid Prototyping";
Supervisor: S. Dustdar, C. Tsigkanos; Institute of Information Systems Engineering, Distributed Systems Group, 2022; final examination: 2022-03-09.

Bigraphs have been proposed by Robin Milner as a fundamental theory and modeling formalism for structures in ubiquitous computing, with Bigraphical Reactive Systems capturing dynamic behavior. A BRS describes possible ways with which a structure can evolve through application of transformation rules -called reaction rules- which selectively rewrite parts of a bigraph. Existing tool support for bigraphical reasoning focuses on theoretical aspects, thus hindering their adoption for engineering applications.In this thesis, we provide facilities to aid specification as well as tackle the rewriting problem in bigraphs with graph operations, promoting a simpler (with respect to theoriginal theory) view of bigraphs, suited for practical purposes. The concrete outcome isa research prototype that aims at rapid prototyping facilities for engineering applications.Specifically, we introduce support for locally-scoped port variables in reactions, and provide a precise definition of the rewriting process with graph operations including support for roots, sites and ports. We evaluate our approach to specification and rapid prototyping over a challenging scenario within edge computing.

Bigraphen wurden von Robin Milner als grundlegende Theorie und Modellierungsformalismus für Strukturen im Ubiquitous Computing vorgeschlagen, wobei Bigraphische Reactive Systeme (BRS) das dynamische Verhalten erfassen. Ein BRS beschreibt, auf welche Arten sich eine Struktur durch Anwendung von Transformationsregeln - Reaktionsregeln -entwickeln kann. Die Reaktionsregeln machen es möglich, Teile von Bigraphen selektiv umzuschreiben. Bestehende Werkzeuge für bigraphisches Denken konzentrieren sich auf theoretische Aspekte, was ihre praktische Anwendung behindert. In dieser Arbeit stellen wir Werkzeuge vor, um bei Spezifikation zu helfen und das Problem vom Umschreiben in Bigraphen mit Graphoperationen anzugehen. Damit fördern wir eine (in Bezug auf die ursprüngliche Theorie) einfachere, praxistaugliche Sicht auf Bigraphen. Das konkrete Ergebnis ist ein Forschungsprototyp, der auf Rapid-Prototyping-Einrichtungen für technische Anwendungen abzielt. Insbesondere führen wir die Unterstützung für Portvariablen mit lokalem Gültigkeitsbereich in Reaktionen ein und bieten eine genaue Definition des Umschreibungsprozesses mit Graphoperationen inklusive Unterstützung von Roots, Sites und Ports. Wir evaluieren unseren Ansatz zur Spezifikation und schnellem Prototyping mittels eines herausfordernden Szenarios im Bereich von Edge-Computing.

bigraph; reaction rule; redex; reactum; place graph; link graph

http://dx.doi.org/10.34726/hss.2022.87804