基于线性时序逻辑的实时系统模型检查

模型检查是一种用于并发系统的性质验证的算法技术.LTLC(linear temporal logic with clocks)是一种连续时间时序逻辑,它是线性时序逻辑LTL的一种实时扩充.讨论实时系统关于LTLC公式的模型检查问题,将实时系统关于LTLC公式的模型检查化归为有穷状态转换系统关于LTL公式的模型检查,从而可以利用LTL的模型检查工具来对LTLC进行模型检查.由于LTLC既能表示实时系统的性质,又能表示实时系统的实现,这就使得时序逻辑LTLC的模型检查过程既能用于实时系统的性质验证,又能用于实时系统之间的一致性验证.     

LET模型的时间语义编程语言

嵌入式实时系统的正确性不仅取决于计算结果的正确性,更取决于产生结果时间的正确性.然而软件不确定的并发执行带来系统时间行为不可预测问题,使得验证复杂度升高,成本增加,为此实时系统领域提出了许多实时编程语言来提高系统的时间可预测性.LET(logical execution time)模型结合了同步模型ZET(zero e...     

基于进程代数规约生成软件体系结构模型的方法

需求规约到软件体系结构(SA)模型的转换是软件工程领域的一个研究热点,UML-RT广泛用于实时系统软件体系结构建模,然而基于自然语言规约建立的UML-RT模型往往是不精确的,存在二义性,为了解决这一问题,需要赋予UML-RT模型形式化语义.进程代数是一种用来解决并发系统通信问题的形式化方法,具有精确的语法和语义,并且便于机器自动检验与验证.TCSP是进程代数CSP的实时扩展,适合于规约实时系统带有时间约束的行为.提出一种基于进程代数规约生成SA模型的方法.首先建立了自然语言规约到SA模型的转换框架;然后使用时间通信顺序进程(TCSP)描述实时系统需求规约,通过建立TCSP到UML-RT的转换机制,从而实现进程代数规约到SA模型的转换;最后通过一个实例来验证该方法在实时软件建模过程中的有效性.实验分析表明通过该方法建立的UML-RT模型能够从整体上提高实时系统SA设计的可信性.     

一种基于时间自动机的实时系统模型检查算法的设计与实现

该文首先简介了时间自动机、时钟区域、区域等价、时钟带的概念,利用区域等价关系,可以将时间自动机的无穷状态空间转化为有穷。然后通过一个典型的实例完整地介绍了基于时间自动机的实时系统模型检查技术,并用Visual C++语言描述了实时特性验证中的数据结构,实现了实时特性验证算法,实验表明利用该算法可以进行实时系统的形式化验证。     

基于着色时间Petri网的实时系统的形式验证

嵌入式实时系统多数应用在安全性要求较高的场合,因此需要保证系统的正确性.复杂性不断增加的实时系统迫切需要在系统开发早期引入形式化分析技术来验证系统的期望性质.时间Petri网是有严格数学基础的图形表达工具,适合对实时系统建模;时间自动机(Timed Automata,TA)有成熟的验证工具,被广泛用于实时系统的模型检验和验证.本文提出一种基于着色时间Petri网(Colored Time Petri Net,CTPN)的实时系统的验证方法,用CTPN对带有控制流和数据流的实时系统建模,通过转换规则将CTPN模型转换成语义等价的TA模型,利用模型检验工具UPPAAL验证系统的性质.最后,用实例证明此方法有效.     

实时系统的面向方面模型

基于UML的实时系统面向方面模型，能够把实时关注从系统中分离出来，形成一个独立于系统的时间方面，实现时间方面的并发设计和系统时间特性的统一管理。面向方面编程（AOP）技术允许把设计好的时间方面根据特定需要重新织入系统，组合为实时系统。模型扩展了UML来表达AOP技术和时间概念，并从系统的静态结构模型、动态行为模型和时间方面的织入等几部分建模实时系统。一个电梯控制系统例子充分说明这种设计过程。     

一种实时系统时间约束验证方法研究

目前,能够对汽车电子领域中复杂嵌入式系统安全关键软件功能模和时间约束分析的方法尚在研究中,而这些系统作为实时控制系统,应该确保其具有准确的、可分析的时间行为。时钟约束规范语言CCSL是实时系统的标准描述语言中描述时钟约束的规范语言。采用CCSL规范表达式描述实时系统时间约束;设计了CCSL基本元素到时间自动机基本元素的转换规则;使用时间自用机验证工具UPPAAL对转换得到的自动机模型进行验证分析,验证实时系统是否满足相应的时间约束。     

实时时序逻辑语言XYZ/RE到时间自动机的映射

时间自动机是一种重要的实时系统建模工具。本文建立了实时时序逻辑语言XYZ/RE到时间自动机的一种映射机制,将XYZ/RE所描述的系统进程直接转换为时间自动机,这样不但可以准确捕获实时系统功能和控制行为,还可以利用基于时间自动机的验证工具UPPAAL对XYZ/RE描述的系统正确性进行检测。最后本文通过一个实例的描述与检测,验证了映射机制的有效性。     

基于UML的面向方面的实时系统建模方法

利用基于UML的面向方面编程(AOP)技术来建模实时系统,把实时关注从系统中分离出来,形成一个独立于系统的时间方面,实现时间方面的并发设计和系统时间特性的统一管理。AOP技术允许把设计好的时间方面根据需要重新织入系统,组合为实时系统。模型从系统的静态结构模型、动态行为模型和时间方面的织入等几部分来建模实时系统,并扩展了UML来表达AOP技术和时间概念,提高软件的重用性。一个电梯控制系统例子用来说明了这种建模方法。     

构件式实时系统建模与验证研究

在复杂的实时系统开发中使用构件式设计方法已成为目前软件开发领域中的研究热点,如何有效地验证实时软件的设计是否满足给定的时间需求并降低验证过程的复杂度,是实时计算领域中的主要挑战之一.文中对构件接口模型进行时间扩展,提出了时间接口模型,并将其用于构件接口交互行为的形式化建模.在接口自动机理论的的基础上进一步提出了时间接口自动机模型用于描述时间接口交互下构件的行为及组合方法,通过消除错误状态产生组合模型来约减构件时间接口自动机模型的积,并在约减的模型上进行性质检验,降低了分析复杂度,有效地应对状态空间爆炸问题.为了说明论文建议的方法,详细讨论了一个简单的、贯穿整篇论文的示例系统.     

人体三维运动实时跟踪与建模系统

提出了一种新的人体三维运动实时跟踪与建模系统设计方法,并基于此实现了一套鲁棒的参考应用系统.针对人机交互等对跟踪精度要求不是很高的应用场合,系统在跟踪精确性和简易性与可推广性之间做了很好的折中.系统使用多个摄像头采集图像,实时计算场景深度信息,然后结合使用深度和颜色信息进行人体跟踪.应用一个简易的人体上半身三维模型,并使用基于颜色直方图的粒子滤波算法对头部和手部进行跟踪,从而恢复出模型的各个参数.系统以人脸检测和人手肤色聚类算法为初始化方法.大量实验证明,该系统能在复杂背景下进行人体上半身的跟踪和三维模型恢复,能进行完全自动的初始化,有较强的抗干扰能力和自动错误恢复能力.系统在2.4GHz PC机上能以25帧/秒的速度运行.     

大型实时数据库系统设计及并发控制调度

系统地分析了大型实时数据库系统的应用环境和功能需求，提出了企业大型实时数据库的体系结构、设计思路和实现方法，研究了实时主动数据库事务执行模式，提出了有效性检查并发控制协议。协议使用动态调整串行次序策略，避免不必要的事务重启动，并能有效降低事务延误截止时间。该实现方法在工程应用中取得了良好的效果。     

ARINC653实时任务可调度性验证方法

针对综合模块化航空电子系统(Integrated Modular Avionics,IMA)存在周期任务和非周期任务,以及任务间依赖关系,传统方法不能准确验证其实时任务可调度性的问题,本文提出了一种基于Stopwatch时间自动机的ARINC653实时任务可调度性验证方法,利用模型检验工具UPPAAL对IMA系统进行建模仿真,并结合统计模型检验(Statistical Model Checking,SMC)与符号模型检验(Symbolic Model Checking,MC)来验证其可调度性。实验结果表明,该方法不仅快速验证了IMA系统的可调度性,而且能够准确定位不可调度任务。     

实时操作系统任务调度策略的研究与设计

实时操作系统的调度策略是影响系统实时性和稳定性的一个重要因素,通过对抢占调度和分时调度的研究,设计了一个可分级抢占和分时调度的实时操作系统。用抢占调度方式来保证系统的实时性,用分时调度来减少进程饥饿现象的发生,提高系统的稳定性,更易于使用。     

基于数据可视化的复杂系统信号时序识别方法

针对复杂系统研发及运行过程中产生的大量信号可以表征系统运行的时序健康状态这一特性,提出了一种基于数据可视化及卷积神经网络(convolutional neural networks,CNN)智能识别的时序特征识别方法;该方法使用数据可视化技术将信号的时序特征映射至图像,通过训练好的特征识别模型对信号可视化图像进行时序特征的识别,可实现系统运行时的实时智能状态监测;选取了三种典型信号的正常及异常特征,通过模型构建及测试分析,验证该方法对复杂系统信号的时序特征有良好的识别效果,可应用于对时序要求较高的复杂系统进行状态监测及故障诊断。     

基于自适应卡尔曼滤波的导航信息融合方法

针对组合导航系统在测量噪声未知的情况下,常规自适应卡尔曼滤波方法的实时性难以满足的问题,提出了一种实时的自适应卡尔曼滤波方法.该方法通过一个简单的指数函数实时调节卡尔曼滤波模型中的测量噪声协方差矩阵,将测量噪声的理论协方差矩阵与实际协方差矩阵的差值作为指数函数的输入,将函数的输出值与上次测量噪声的协方差矩阵之和送入卡尔...     

A novel recursive approach for real-time transient stability assessment based on corrected kinetic energy

Real-time assessment of transient stability is one of the main issues of power system operators in online applications. This paper proposes a novel recursive approach based on corrected kinetic energy which has the capability of real-time assessment and real time computation of transient stability margin in the power system. This approach considers all details of power system by using network preserving model to simulate transient stability. This paper uses a hybrid method based on the new concept of equal area criterion to estimate initial value of critical point of the system and corrected Kinetic Energy Function to estimate high precision value of the critical point. Also, this paper proposes a recursive method which uses large change sensitively (LCS) analysis to correct initial condition point of the system when the topology of system is changed by a disturbance. In order to validate the proposed method, comprehensive case studies have been conducted on IEEE39-bus test system. Comprehensiveness in considering the details, simplicity in implementation and low computational cost are the outstanding features of the proposed approach. Also, simulation results approve that the proposed approach can be used in real-time application without loss of any detail in the transient stability assessment.     

基于一维卷积神经网络的实时道岔故障诊断

针对道岔故障诊断系统实时性要求高、特征提取严重依赖于先验知识的问题,提出了一种基于一维卷积神经网络（1D-CNN）的道岔实时故障诊断方法。以S700k转辙机的功率曲线为例,建立一维卷积神经网络的结构模型,该模型将特征提取与故障分类融合为一体,优化了网络参数,同时使用正则化Dropout提高模型的泛化能力,采用t-SNE可视化方法,来反映模型提取特征的有效性。仿真实验表明：卷积层和池化层对原始时域信号的自适应特征提取,能较好地捕捉信号空间维度信息,降低模型的计算量,提高模型的抗噪性能,实现了端到端的实时故障诊断,并有效地提高道岔故障实时诊断的准确率。     

基于蛛状网拓扑智能变电站“三层一网”通信系统研究

在110kV及以下电压等级变电站中,“三层一网”架构虽然简化了二次系统接线,但实时性和可靠性难以保证。针对传统拓扑结构下的实时性和可靠性无法同时达到最优效果的问题,本文采用“三层一网”架构下蛛状网拓扑结构,仿真结果表明该结构下的通信系统实时性最佳,解决了传统拓扑结构实时性差的问题,并结合算例验证了其可行性;运用故障树分析法定量分析不同结构的可靠性,结果表明蛛状网结构的可靠性更好。为解决研究复杂的通信系统可靠性时传统故障树方法有一定的局限性的问题,本文引入T-S模糊故障理论,建立T-S故障树模型,计算结果表明蛛状网结构下通信系统可靠性最好。根据本文研究可以得到蛛状网拓扑结构能同时提高通信系统实时性和可靠性的结论。     

发布/订阅通信模式的实时性能分析与评估

运用成熟的队列理论知识,通过PRISM模型验证工具,对发布/订阅模式的实时性能进行形式化分析。实验结果表明,发布/订阅模式在消息响应时间及消息传输可靠性两方面比传统的通信模式表现出更良好的性能,该实验模型和实验方法对于优化发布/订阅模式及调整实际发布/订阅系统中的参数配置都有一定的帮助。