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信息物理融合系统控制软件的统计模型检验   总被引:1,自引:1,他引:0       下载免费PDF全文
信息物理融合系统常采用嵌入式实时多任务系统作为其控制软件,这类软件的并发和非确定性给验证带来了困难.提出了一种利用统计模型检验技术分析多任务系统的功能正确性的方法.该方法构造的时间自动机模型以模块化的方式描述了实时多任务系统中的主要成分,包括实时操作系统、周期性任务、偶发任务、共享资源以及物理环境,能够展现多任务系统的细粒度的运行过程及其对物理环境的实时响应.应用该方法分析了玉兔号月球车控制软件的一个早期版本,发现了系统运行中出现的一个特殊错误,识别了实际系统出现错误的条件,再现了出现错误的场景.  相似文献
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统计模型检测是一种高效的验证技术,常用于复杂的随机系统验证,如分布式算法等。而在超长路径上对性质进行验证时,其验证效率会急剧降低。为解决这个问题,这里提出一种启发式的统计模型检测算法。在对路径进行验证时,我们会查找帮助剪枝的最短前缀。并在后续抽样时,利用前缀信息直接判定路径是否满足给定性质,避免进入费时的路径验证阶段。在与PRISM的比较中,它的路径验证次数相对更少且平均抽样路径长度更短。因此使统计模型检测技术可应用于超长路径上的性质验证。  相似文献
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The stochastic dynamics of biochemical reaction networks can be modeled using a number of succinct formalisms all of whose semantics are expressed as Continuous Time Markov Chains (CTMC). While some kinetic parameters for such models can be measured experimentally, most are estimated by either fitting to experimental data or by performing ad hoc, and often manual search procedures. We consider an alternative strategy to the problem, and introduce algorithms for automatically synthesizing the set of all kinetic parameters such that the model satisfies a given high-level behavioral specification. Our algorithms, which integrate statistical model checking and abstraction refinement, can also report the infeasibility of the model if no such combination of parameters exists. Behavioral specifications can be given in any finitely monitorable logic for stochastic systems, including the probabilistic and bounded fragments of linear and metric temporal logics. The correctness of our algorithms is established using a novel combination of arguments based on survey sampling and uniform continuity. We prove that the probability of a measurable set of paths is uniformly and jointly continuous with respect to the kinetic parameters. Under a suitable technical condition, we also show that the unbiased statistical estimator for the probability of a measurable set of paths is monotonic in the parameter space. We apply our algorithms to two benchmark models of biochemical signaling, and demonstrate that they can efficiently find parameter regimes satisfying a given high-level behavioral specification. In particular, we show that our algorithms can synthesize up to 6 parameters, simultaneously, which is more than that reported by any other synthesis algorithm for stochastic systems. Moreover, when parameter estimation is desired, as opposed to synthesis, we show that our approach can scale to even higher dimensional spaces, by identifying the single parameter combination that maximizes the probability of the behavior being true in an 11-dimensional system.  相似文献
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杜德慧  昝慧  姜凯强  程贝 《软件学报》2017,28(5):1128-1143
随着计算机与物理环境的交互日益密切,信息物理融合系统(cyber physical systems,CPSs)在健康医疗、航空电子、智能建筑等领域有着广泛的应用前景,CPSs的正确性、可靠性分析已引起人们的广泛关注.统计模型检测(statistical model checking,SMC)技术能够对CPSs进行有效验证,并为系统的性能提供定量评估.然而,随着系统规模的日益扩大,如何提高统计模型检测技术验证CPSs的效率,是目前所面临的主要困难之一.针对此问题,本文首先对现有SMC技术进行实验分析,总结各种SMC技术的受限适用范围和性能缺陷,并针对贝叶斯区间估计算法(Bayesian Interval Estimate,BIE)在实际概率接近0.5时需要大量路径才能完成验证的缺陷,提出一种基于抽象和学习的统计模型检测方法AL-SMC.该方法采用了主成分分析、前缀树约减等技术,对仿真路径进行学习和抽象,以减少样本空间.接着,提出了一个面向CPS的自适应SMC算法框架,可根据不同的概率区间自动选择AL-SMC算法或者BIE算法,有效应对不同情况下的验证问题.最后,结合经典案例进行实验分析,实验结果表明自适应SMC算法框架能够在一定误差范围内有效提高CPSs统计模型检测的效率,为CPSs的分析验证提供了一种有效的途径.  相似文献
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杜德慧  程贝  刘静 《软件学报》2015,26(2):305-320
在开放运行环境中,安全攸关系统的不确定性行为有可能导致小概率事件的发生,而此类事件的可靠性指标往往很高,小概率事件一旦发生就会产生灾难性的后果,严重威胁到人们的生命、财产安全.因此,评估、预测小概率事件发生的概率,对于提高系统的可靠性具有重要意义.统计模型检测是一种基于模拟的模型验证技术,结合了系统的快速模拟及统计分析技术,能够有效提高模型检测的效率,适用于验证、评估安全攸关系统的可靠性,但其面临的挑战性问题之一是在可接受的样本数量下,使用统计模型检测技术难以预测、评估小概率事件发生的概率.因此,提出一种改进的统计模型检测框架,设计和开发基于机器学习的统计模型检测器,实现在相对较少的样本数量下预测和评估小概率事件发生的概率.结合轨道交通控制系统中避碰控制案例分析,进一步证明改进后的统计模型检测器能够有效预测和评估安全攸关系统中小概率事件发生的概率.  相似文献
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高婉玲  洪玫  杨秋辉  赵鹤 《计算机科学》2017,44(Z6):499-503, 533
近年来,统计模型检测技术已经得到了广泛的应用,不同的统计算法对统计模型检测的性能有所影响。主要对比不同统计算法对统计模型检测的时间开销影响,从而分析算法的适用环境。选择的统计算法包括切诺夫算法、序贯算法、智能概率估计算法、智能假设检验算法及蒙特卡罗算法。采用无线局域网协议验证和哲学家就餐问题的状态可达性验证为实例进行分析,使用PLASMA模型检测工具进行验证。实验结果表明,不同的统计算法在不同的环境中对模型检测的效率有不同的影响。序贯算法适用于状态可达性性质的验证,时间性能最优;智能假设检验算法与蒙特卡罗算法适合验证复杂模型。这一结论有助于在模型检测时对统计算法的选择,从而提高模型检测的效率。  相似文献
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屈媛媛  洪玫  孙琳 《计算机科学》2017,44(Z11):542-546, 551
多核系统中,分布式DTM策略因其良好的可扩展性得到了广泛应用。在 部署分布式DTM策略前,必须验证其可靠性。为了克服传统分析方法的局限,模型检测技术被应用于分布式DTM策略的分析中。提出使用统计模型检测技术来验证多核系统中分布式DTM策略(以TAPE策略为例)的方案。使用UPPAAL SMC对TAPE策略的验证证明了TAPE策略的安全性、有效性、活性以及稳定性,从而验证DTM策略方案的可靠性。  相似文献
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