Évaluation de l'incertitude dans des argumentaires de sûreté : une approche basée sur la théorie de Dempster-Shafer

Uncertainty assessment in safety argument structure : an approach based on Dempster-Shafer theory

• Auteur / Autrice : Yassir Id Messaoud
• Direction : Jérémie Guiochet, Didier Dubois
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 15/12/2022
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Systèmes (Toulouse ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes (Toulouse ; 1968-....)
• Jury : Président / Présidente : Sylvie Le Hégarat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Loup Farges
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Walter Schön, Frédéric Pichon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Théorie de Dempster-Shafer

Systèmes informatiques -- Mesures de sûreté -- Examens

Mots clés libres

Argumentaire de sûreté

- Propagation d'incertitudes

Élicitation d'avis d'experts

Théorie des fonctions de croyance

Capacités qualitatives

Safety cases

Goal Structuring Notation

Uncertainty propagation

Expert elicitaion

Belief theory

Qualitative capacities

Résumé

Les argumentaire de sécurité sont utilisés pour justifier des propriétés de haut niveau (par exemple, la sûreté, la sécurité, etc.) des systèmes critiques. La notation GSN (Goal Structuring Notation) est une notation graphique utilisée pour modéliser ces argumentaires. Cependant, ces dernier n'incluent pas la représentation des incertitudes qui peuvent affecter leurs crédibilités. Plusieurs travaux étendent ce cadre en utilisant des méthodes de propagation de confiance. Celles basées sur la théorie de Dempster-Shafer (DST) sont intéressantes car la DST peut modéliser l'information incomplète. Cependant, peu de travaux relient cette approche à une représentation logique des relations entre les éléments du GSN, ce qui est en fait nécessaire pour justifier les schémas de propagation de la confiance choisis. De plus, les approches utilisées pour fournir des entrées pour ces modèles de propagation reposent sur des jugements d'experts pour évaluer les arguments. Ces évaluations sont recueillies en langage naturel et transformées en valeurs numériques. Cette transformation est quelque peu arbitraire. Dans cette thèse, nous améliorons d'abord les propositions précédentes, y compris un formalisme logique ajouté aux GSN, et une procédure d'élicitation pour obtenir des informations de confiance à partir des jugements d'experts. Ensuite, nous proposons une deuxième approche d'évaluation de la confiance qui est basée sur un modèle de propagation purement qualitatif alimenté par une méthode d'élicitation également qualitative. Ces approches sont validées à l'aide d'exemples artificiels et d'une étude de cas dans le domaine aérospatial.

Structured assurance cases are use to justify high-level properties (e.g. safety, security, etc.) of critical systems. Goal structuring notation (GSN) is a graphical notation used to model these cases. However, assurance cases do not include the representation of uncertainties that may affect arguments. Several works extend this framework using uncertainty propagation methods. The ones based on Dempster-Shafer Theory (DST) are of interest as DST can model incomplete information. However, few works relate this approach with a logical representation of relations between elements of GSN, which is actually required to justify the chosen uncertainty propagation schemes. Moreover, the approaches used to provide inputs for these propagation models rely on expert judgements to assess the arguments. These assessments are collected in natural languages and transformed to numerical values. This transformation is somewhat arbitrary. In this thesis, we first improve previous proposals including a logical formalism added to GSN, and an elicitation procedure for obtaining uncertainty information from expert judgements. Next, we propose a second confidence assessment approach which is based on a purely qualitative propagation model fed by a qualitative elicitation method too. These approaches are validated using artificial examples and a case study from aerospace.