基于问题模式的形式化软件规格说明生成方法

精确的形式化软件规格说明是软件描述、开发与验证的基础,而工业界普遍使用非(半)形式化的表示定义与描述用户需求,如何由非(半)形式化的用户需求生成形式化软件规格说明是需求工程的难点之一.将设计模式的概念进行扩展,定义了问题模式,提出了一种基于问题模式形式化软件规格说明生成方法.该方法从结构化自然语言SNL描述的高层问题需求出发,通过选择知识库中的问题模式逐步精化得到各个新的子问题对应的形式化规格说明,之后对各个子问题组合并进行优化以得到最终的形式化规格说明.进一步,使用模型精化演算的原理与概念给出了该生成方法的理论基础.采用算法程序领域作为研究对象并使用Radl语言作为形式化规格说明语言.通过算法程序领域中的典型实例对这一方法进行了详细的描述,实际效果表明该方法能有效地生成高质量形式化规格说明.     

一种面向软件行为和多视点的需求模型验证方法

软件需求分析是软件开发生命周期中最重要的步骤之一.模型驱动的需求分析方法将需求模型作为需求规格说明的补充,从一个或多个角度对非形式化的需求信息进行正确性验证以发现需求规格中的不一致和不完整性等.本文在一种新型的,基于软件行为和多视点的需求建模方法基础上,依据其构造特点,提出需求模型的分析以及验证方法.该方法主要通过构造模型待验证性质的行为时序逻辑规约,以需求模型对应的有穷状态迁移系统为基础,结合On-The-Fly的方法验证性质规约是否语义满足该状态迁移系统.此外,从命题抽象的角度对该验证方法进行优化.针对该方法实现了模型验证工具原型.     

基于目标的软件可信性需求规约方法研究

高可信系统的软件规模不断扩大，其关键是分析并定义一致的可信需求描述，直接影响到需求规格说明的质量，进而影响到最终软件产品的质量。在目前公认的非功能需求规约框架的基础上，利用B抽象机理论，结合面向目标的规约方法，建立了一种可信性需求的分析与定义方法，即软件可信剖面。该方法可应用于UML，利用B抽象机理论，为可信性需求模型的定理化证明奠定了基础。     

基于证据推理的嵌入式软件可信性评估方法*

传统的可信性评估模型通常使用软件度量医逻辑验证方法进行定量估计,在应用于体系结构复杂、可信度要求较高的嵌入式软件时,依然存在可信需求不明确、专家主观认知无法集成等问题.在分析嵌入式软件可信需求的基础上,构建一种基于证据推理方法的嵌入式软件可信性评估模型,并定义证据合成算子和效用估算模型以实现多样化可信证据的一致融合与量化.仿真实验验证了该模型在解决嵌入式软件可信性评估问题时的合理性与有效性.     

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.     

基于环境的多形态时间需求建模方法

时间需求作为嵌入式系统的关键要素,其重要性越来越突出.但是目前的时间需求存在着多样的环境时间描述与单一的软件时间描述融合问题.文中在基于环境的功能性需求的基础上,提出基于环境的多形态时间需求建模方法,试图在需求层次上为该问题提供解决方案.文中构建了支持这个方法的多形态时间需求模型,在环境因素的基础上增加了多形态时间描述,并提出该需求模型制导的需求建模过程,帮助需求分析员在功能性需求的基础上建模时间需求.文中还给出了从多样的环境时间描述得到软件时间需求规约的步骤,指导需求分析人员抽取时间需求规约.     

基于UMLsec的软件安全需求建模方法研究

安全性是现代软件系统的重要组成部分,安全需求建模是确保软件安全性的基础.针对软件安全需求,提出了一种基于UML安全扩展(UMLsec)的软件安全需求建模方法.在软件需求规格说明的基础上,获取安全需求,对安全需求进行描述,并将安全需求描述集成到功能需求模型中,构建安全需求模型,并对模型进行了验证.科研信息系统实例表明了该方法的有效性.     

PS系统的一种精确语义描述

规约模式系统SPS是根据性质的语义抽象而成的描述程序性质的表达模式,既能方便程序员使用,又有对应的时序逻辑表达式.但是,它现有的语义描述不够精确.首先介绍了规约模式系统及其现有的语义,并用它描述了实例的性质,接着采用模型检测工具SPIN验证了该系统表达的性质,通过对比验证结果及现有语义,给出了系统精确的语义描述.     

安全苛求软件需求规格中的安全特性验证方法

针对自然语言描述的安全苛求软件需求规格中安全特性不准确、不一致等问题,提出一种基于UMLsec安全特性验证方法。该方法在UML需求模型类图和顺序图的基础上,为核心类的安全特性自定义构造型、标记和约束,完成UMLsec模型构建;之后,使用设计实现的UMLsec支持工具对安全特性进行自动验证。实验结果表明,该方法能准确描述安全苛求软件需求规格的安全特性,同时可以自动验证安全特性是否满足安全需求。     

着色Petri网模型检测工具的扩展及其在Web服务组合中的应用

Web服务组合的形式化描述和验证是一个重要的研究问题.为了更好地完成验证工作,提出了扩展着色Petri网的模型检测方法.首先,在着色Petri网原有的基于CTL的局部模型检测算法基础上,给出了获取模型检测证据/反例的算法,并在着色Petri网模型检测工具--CPN Tools--中使用ML(meta language)语言实现了这些算法,然后将扩展后的CPN模型检测工具应用在Web服务组合的验证问题中.该方法不仅可以验证Web服务组合是否存在逻辑错误,还能告诉用户发生错误的原因,为Web服务组合的验证提供了技术上的保障.实验表明对着色Petri网的模型检测工具的扩展是正确、有效的.     

基于场景行为的需求建模及质量特性检测

为在需求分析阶段验证软件是否满足非功能质量要求,本文提出一种基于场景行为的需求建模及质量特性检测方案。该方案首先定义能够建立高精度、可推理、易理解的需求行为模型的行为描述语言BDL。然后构造需求行为模型到状态迁移模型CCS的模型转换函数。接着以互模拟的定义为前提,验证转换函数的正确性,进而开发可信建模检测工具MTS。该工具导出的行为模型能够与质量特性表达式一起导入特性检测工具CWB实现质量检测。最后,本文使用该工具对手机软件升级这一需求进行行为建模,成功验证手机软件的一致性、安全性、行为可信性及行为非终止性。     

基于Markov链的软件任务剖面建模方法研究与实现

针对航空航天等安全关键领域里嵌入式软件测试中存在的困难,引入并研究了用户需求模型和任务剖面模型的概念及表示方法,设计并实现了基于用户需求模型的任务剖面模型自动建模算法,进而结合Markov链模型与任务剖面模型,为任务流提取和测试用例生成工作提供依据,基于Rose可扩展接口(REI)开发了任务剖面模型自动建模工具.通过验证,肯定了上述方法与工具在嵌入式软件测试过程中的效果和价值.     

T-CBESD:一个构件化嵌入式软件设计模型验证工具

现代复杂嵌入式软件系统的高可靠性需要有效的基于模型的设计与分析技术.传统的嵌入式软件可靠性保障技术主要关注于系统开发后期.本文在Eclipse平台上设计并实现了一个基于接口自动机模型的构件化嵌入式软件设计的形式化验证原型工具T-CBESD(Tool for Component-Based Embedded Software Designs).工具直接使用UML顺序图模型作为系统规约,可以检验系统设计模型与场景式规约之间多种行为一致性问题;并使用消息事件的时间约束不等式,检验实时接口自动机网络与带时间约束的顺序图模型之间的实时行为一致性问题.工具设计与实现内容包括:输入输出接口、顺序图模型的预处理转换、状态空间数据结构设计、抽象验证算法的实现以及通信构件组合系统的实例应用分析.     

使用Object-Z获取形式需求

针对软件需求描述中用UML描述的模型与形式需求说明相比不利于推理和验证的问题,使用统一过程建立用UML描述的需求模型并对其进行形式化,获得用Object-Z描述形式需求说明的方法和步骤,并结合实例进行论述. 提出利用形式方法验证和确认非形式需求规格说明的过程. 该研究为验证和确认非形式规格说明提供1种有效方法.     

Web应用中数据库交互行为验证

采用定理证明和逆向工程的方法,对Web应用中的数据库交互行为进行验证。使用Z规格说明描述需求模型,根据数据库交互的源代码和转换规则得到实现模型。从实现模型中获取Web应用的相关性质,通过Z/EVES定理证明器验证这些性质是否在需求模型的 Z规格说明中得到满足。在此基础上,设计该方法的验证框架,并开发相应的原型系统。通过图书馆数据库管理系统实例证明该方法的有 效性。     

RGPS过程层元模型正确性验证

利用Web服务本体描述语言对RGPS过程层元模型进行描述,建立Promela模型。基于线性时序逻辑,以及Spin检测工具的偏序规约和on-the-fly等优化技术对Promela模型进行正确性验证,设计并实现RGPS过程层元模型正确性验证平台。通过城市交通系统实例证明该验证方法的正确性和有效性。     

基于限定自然语言需求模板的AADL模型生成方法

随着嵌入式软件系统在汽车、核工业、航空、航天等安全关键领域的广泛应用,其失效将会导致财产的损失、环境的破坏甚至人员的伤亡,使得保障软件安全性成为系统开发过程中的重要部分.传统的安全性分析方法主要应用在软件的需求分析阶段和设计阶段,然而需求与设计之间的鸿沟却一直是软件工程领域的一大难题.正是由于这一鸿沟的存在,使得需求分析阶段的安全性分析结果难以完整详尽地反映在软件设计中,其根本原因是当前的软件需求主要通过自然语言描述,存在二义性与模糊性,且难以进行自动化处理.为了解决这一问题,本文面向构件化嵌入式软件,首先提出了一种半结构化的限定自然语言需求模板用于需求规约,能够有效降低自然语言需求的二义性与模糊性.然后,为了降低自动化处理的复杂性,采用需求抽象语法图作为中间模型实现基于限定自然语言需求模板规约的软件需求与AADL模型之间的转换,并在此过程中自动记录两者之间的可追踪关系.最后,基于AADL开源工具OSATE对本文所提方法进行了插件实现,并通过航天器导航、制导与控制系统（Guidance,Navigation andControl,GNC）进行了实例性验证.     

基于XYZ/ADL的异步Web服务组合描述与验证

Web服务组合为研究对象,重点讨论了服务组合中异步通信行为和时间属性的形式化描述和验证.首先,从软件体系结构角度分析Web服务组合,采用基于时序逻辑的XYZ/ADL描述Web服务的交互行为和时间属性;然后,提出一种符合模型检测工具UPPAAL规约的时间异步通信模型TACM;最后,实现了XYZ/RE通信命令到TACM的映...     

SPS系统的一种精确语义描述

规约模式系统SPS是根据性质的语义抽象而成的描述程序性质的表达模式,既能方便程序员使用,又有对应的时序逻辑表达式。但是,它现有的语义描述不够精确。首先介绍了规约模式系统及其现有的语义,并用它描述了实例的性质,接着采用模型检测工具SPIN验证了该系统表达的性质,通过对比验证结果及现有语义,给出了系统精确的语义描述。     

嵌入式软件动态内存检测工具的设计与实现

针对嵌入式软件中的内存泄露、内存写溢出等问题,提出嵌入式Linux平台下数据采集和测试分离的交叉测试方法,设计实现一个嵌入式软件动态内存的检测工具。该工具可以检测软件的内存泄露、内存写溢出、释放野指针和内存管理函数不匹配等问题,通过一个实例验证其有效性和可靠性。