一种带有时间约束故障树分析方法

 在时间域内的行为对安全苛求系统往往是至关重要的,若出现故障,则大量的故障描述都涉及事件之间的时间因素。针对传统故障树不能直观描述和分析这种时间因素的问题,在原有故障树定义的基础上增加时间约束故障树的语义描述,并根据故障树的扩展语义提出时间约束故障树分析方法。给出时间约束逻辑门和事件平均转移率、输入事件到输出事件传播率和到达率的计算方法。设计故障树基本事件和最小割集到达顶事件的传播率和到达率的算法,该算法遍历故障树中每个节点获得基本事件时间重要度和最小割集到达率,从时间重要度角度对基本事件和最小割集的重要度比较。实验结果表明提出的时序分析方法可以为故障诊断和预防提供理论基础。     

基于动态故障树的信息物理融合系统风险分析

针对信息物理融合系统（CPS）中的网络安全攻击会导致系统失效的问题，提出一种基于动态故障树的CPS风险建模及分析方法。首先，对动态故障树和攻击树集成建模，构建攻击-动态故障树（Attack-DFTs）模型；然后，分别采用二元决策图和输入输出马尔可夫链给出攻击-动态故障树中的静态子树和动态子树的形式化模型，并在此基础上给出攻击-动态故障树的定性分析方法，即分析网络安全攻击导致系统失效的基本事件路径；最后，通过一个典型的排污系统应用实例对方法的有效性进行验证。案例分析结果表明，所提方法能够分析CPS中由于网络安全攻击导致系统失效的事件序列，有效实现了CPS的综合安全评估。     

基于时序关系的系统失效可达图生成方法

针对状态事件故障树生成系统可达图过程中存在的状态空间爆炸问题,提出了一种基于时序关系的系统失效可达图生成方法。通过分析触发和被触发类型事件的时序关系,对存在时序关系的事件进行排序,根据时序关系获得系统构件间的所有不可同时到达状态对,对构件间的可同时到达状态建立笛卡尔积,获得系统的所有可同时到达状态对,根据连接表和最小割集获得系统失效的状态可达图,从而有效解决系统失效可达图生成过程中存在的状态空间爆炸问题。应用基于时序关系的系统失效可达图方法生成鱼攻系统失效可达图,实验结果 验证了该方法的可行性与稳定性; 同时也为表明其能有效地缓解状态空间爆炸问题,为状态事件故障树生成系统可达图提供了一种新的方法。     

联锁逻辑模型的安全性分析

故障树分析法(FTA)用于静态分析系统失效的可能事件和状态,是分析安全苛求系统的可靠性和安全性的一种有效方法。时间Petri网(TPN)描述具有时序关系的并发系统,用于系统行为的动态建模。但利用时间Petri网无法严格证明其模型是安全的。提出了一种用于时间Petri网模型的安全性分析方法,该方法有效地结合故障树分析法和时间Petri网的各自优点,实际应用于联锁逻辑模型的安全性分析,并对不安全的模型提出修正方案。     

一种容错系统可靠性分析方法

传统的故障树分析（Fault Tree Analysis,简称FTA）方法是一种基于静态逻辑或静态故障机理的方法,但这种方法对容错系统的可靠性分析已不适用。引入一种新的逻辑门,应用动态故障树分析技术,是解决容错系统的可靠性分析问题的一种有效途径。本文在故障树模型中引入了一种带有公用备件的热备件逻辑门,并给出了这种逻辑门转化为为马尔可夫链的方法。这种具有动态特性的逻辑门引入后所形成的动态故障树模型,扩展了传统故障树对容错系统可靠性分析的适用性。文章以某装备的电子设备系统为例,给出了用这种方法建立的动态故障树模型及其计算系统可靠度的方法和分析结果。     

基于模型的故障树自动生成方法

基于模型的安全性分析方法能够提高复杂安全关键系统的建模与分析能力.目前故障树被广泛应用于系统安全及可靠性分析中.故障树分析(Fault Tree Analysis,FTA)是一种自上而下的演绎式失效方法,根据故障树分析系统中不希望出现的状态,系统工程中可以尽早确定当前系统模型可能出现的问题并及时避免.面向一类安全关键性系统领域中的系统安全性建模语言AltaRica,基于其语义模型卫士转换系统(Guarded Transition Systems,GTS),设计了从平展化的GTS模型自动构造系统故障树的方法,节省了人工构造故障树的时间,从而加快了系统分析的进度.根据AltaRica3.0语言的语义规则,提取平展化GTS模型的数据构建实例对象;设计了GTS模型划分算法,得到一组独立GTS模型与一个独立断言,通过邻接矩阵构建独立GTS的可达图并获取关键事件序列.最后将处理结束的独立GTS与独立断言相结合,通过断言传播算法得到整个系统的状态及关键事件序列,生成系统故障树.最后通过实例来检验算法的有效性,结果表明,该算法能有效完成从平展化GTS模型自动生成故障树.     

基于动态故障树的航空发动机可靠性分析方法研究

随着航空发动机技术的不断发展，对其性能要求不断提高，使得航空发动机的安全性和可靠性变得愈发重要。然而，当前针对航空发动机的可靠性分析方法较少考虑系统失效时的动态特性，面向《航空发动机适航规定》（CCAR33-R2），考虑航空发动机危害性发动机后果发生时系统的动态特性，提出了一种将动态故障树和概率模型检测相结合的可靠性分析方法，对航空发动机的可靠性进行分析。首先，通过动态故障树对航空发动机的动态行为进行建模，并将其转换到离散时间马尔科夫链模型；然后基于概率模型检测语言PRISM对离散时间马尔科夫链模型进行描述，并利用相应工具进行定量分析，将顶事件发生概率和《CCAR33-R2.75》条款规定的故障发生概率比较，验证航空发动机是否符合《CCAR33-R2.75》条款安全性要求；最后对某型航空涡轮发动机进行实例建模分析，验证所提方法的正确性与可行性。     

Petri网模型的FTA安全性分析

故障树分析法(FTA)用于静态分析系统失效的可能事件和状态,是分析安全苛求系统可靠性和安全性的一种有效方法。Petri网是并发系统有效的描述和分析工具,但Petri网自身的分析方法无法严格证明其模型满足模拟的系统安全性。该文提出一种用于Petri网模型的安全性分析方法,有效地结合故障树分析法和Petri网可达图分析的各自优点,并实际应用于联锁逻辑模型的安全性分析。     

用时序和逻辑规则形成动态故障树的紧缩Markov链

针对枚举底事件的所有时序状态来形成Markov链的弊端,借鉴静态故障树的最小割集(minimum cut set, MCS)思想,考虑形成紧缩的Markov链（即最简顺序割集）。其重要目的是剔除冗余的Markov链,在保证不影响系统失效分析的同时减小状态空间,最大限度地避免陷入组合爆炸的危险。其显著特点在于用时序规则和逻辑规则来描述动态逻辑门。以此为基础,用BDD（binary decision diagram）技术首先形成基于逻辑规则的动态系统的MCS,其次对每个MCS运用时序规则,组合成必要的Mark     

一种采用一阶动态逻辑表示的数字权限描述模型

针对已有数字权限描述模型的动态语义描述能力较弱问题,提出了一个能够描述权限动 作状态的数字产品权限描述模型DDRM。基于一阶动态逻辑,定义了一个用于描述数字权限概念的 一阶动态逻辑符号系统DrFDL,并在DDRM模型基础上给出了DrFDL的语义结构(该语义结构能够 反映动作的动态特性)。基于DDRM模型还给出了一个表达权限证书的文法,应用DrFDL逻辑语言 给出了该文法生成的权限证书的形式语义,并探讨了该证书的确定性和有效性。     

嵌入式软件系统体系结构可靠性分析方法

AADL是嵌入式领域对SA进行建模、评估的常用方法,但其属于一种半形式化开发语言,无法直接对SA的可靠性进行验证。为此,提出一种基于AADL的可靠性分析框架,对SA的可靠性进行形式化验证。首先通过分析系统体系结构的元素关系,建立AADL可靠性模型;然后设计转换模型及其规则,将AADL模型转换为连续时间马尔科夫链模型;最后采用概率模型检验工具对连续时间马尔科夫链模型进行可靠性定量分析。仿真结果表明,与现有可靠性分析方法相比,该方法在计算效率和转换效率上都有明显的提高。基于AADL的可靠性分析框架实现在软件系统开发早期对SA进行可靠性定量计算,为AADL在嵌入式软件系统可靠性定量分析方面提供了一种新的验证思路。     

Mediator的概率扩展

Mediator是一种基于组件的形式化建模语言,它提供了分层的模块化结构,从而可以方便地对复杂系统进行建模。它以自动机为其底层单位,自动机连接成的系统作为高级结构,能在对模型进行形式化描述的同时让其本身简单易用。为了使Mediator具有更强的表达能力,可对具有概率行为的系统进行形式化建模,对Mediator做了概率方面的扩展,并对扩展后的语言给出了基于马尔可夫决策过程的语义。同时还介绍了由Mediator模型自动生成PRISM代码的方法,能够使用PRISM工具对Mediator模型的相关性质进行验证。     

一种结合AADL和IMC的系统可靠性建模方法

随着嵌入式软件在安全关键领域广泛应用,系统可靠性随着其规模、复杂度和性能需求的不断提升而愈显重要。结构分析设计语言AADL是应用于嵌入式领域的体系结构建模、分析和验证的重要手段。由于AADL是一种半形式化模型,需要精确描述其语义才能进行定量分析。提出一种基于AADL的系统可靠性建模方法。首先,结合AADL模型和AADL错误模型附件,得到AADL可靠性模型;然后,提出一种模型转换方法,将AADL可靠性模型的基本元素和错误传播等特殊元素转换到交互式马尔科夫链模型IMC,进行可靠性定量分析;最后,结合法国空中交通控制系统的实例,证明该方法的可行性和有效性。     

动态故障树的不交化定量分析方法

动态故障树被广泛应用于动态系统的可靠性分析中,其中割序描述了系统的失效模式,割序集的不交化可以简化顶点失效概率的求解,目前还没有有效的适用于动态故障树的不交化定量分析方法.提出了一种不交化定量分析方法:在割序的基础上融入时序逻辑提出扩展割序的概念,其与以往类似概念相比增强了表达能力;根据基事集和时限集分解最小扩展割序集,将其转换成不交化扩展割序集;再将不交化扩展割序转换成标准扩展割序,然后对其各割项进行冲突检测、时限集精简、基事集拓扑排序,以对标准扩展割序进行量化计算;并对该方法所涉及到的算法进行了详细的证明和时间复杂性分析.最后将其应用到一个案例中,并同基于inclusion-exclusion规则的MCS方法进行了对比,实验结果显示该方法的时间开销明显降低.该方法可以获得动态故障树的不交化扩展割序集,降低求解时间开销.     

容错传感器系统分层组合可靠性建模方法

根据容错传感器系统的结构特点,结合不同可靠性建模方法的优点,提出了基于动态故障树和马尔可夫过程的分层组合可靠性建模方法。针对系统中包含的贮备事件,引入时间算子定性描述事件的时序特性,并推导了顶事件故障概率的定量计算公式。采用马尔可夫过程对传感器故障检测隔离进行动态建模。通过仿真比较所得模型与传统完全故障覆盖模型,分析了元件失效率、误检率等参数对系统可靠性的影响。由结果可得,该建模方法可行且更为精确。     

入侵容忍系统安全属性分析

首先提出一个优化的系统状态转移模型,用以描述具有自我演进能力的入侵容忍系统的动态行为,并提高了对攻击行为的描述能力,以该模型为基础,建立SMP模型并对系统安全属性及可执行性进行定量分析,进而计算出系统平均安全故障时间（MTTSF）;最后给出数值分析结果,并通过计算模型中时间参数的敏感度,得出入侵容忍技术研究的关键点．     

Ice hockey shooting event modeling with mixture hidden Markov model

In this paper we present a new event analysis framework based on mixture hidden Markov model (HMM) for ice hockey videos. Hockey is a competitive sport and hockey videos are hard to analyze because of the homogeneity of its frame features. However, the temporal dynamics of hockey videos is highly structured. Using the mixture representation of local observations and Markov chain property of hockey event structure, we successfully model the hockey event as a mixture HMM. Based on the mixture HMM, the hockey event could be classified with high accuracy. Two types of mixture HMMs, Gaussian mixture and independent component analysis (ICA) mixture, are compared for the hockey video event classification. The results confirm our analysis that the mixture HMM is a suitable model to deal with videos with intensive activities. The new mixture HMM hockey event model could be a very useful tool for hockey game analysis.     

随机Petri网模型到马尔可夫链的转换规则与实现

随机Petri网是一种系统设计和分析工具,它可以对系统进行定性分析和定量分析。为了有效利用随机Petri网进行性能的定量分析,根据随机Petri网模型转换为马尔可夫链的算法,总结并实现了它们之间的转换规则。该转换规则在变迁实施的过程中引入演变规则和合并规则,将随机Petri网模型转换为马尔可夫链。可以利用产生的马尔可夫链对随机Petri网模型的多项性能指标进行定量分析。实验结果表明,转换规则是正确、可行的。     

时间Petri网弱语义模型的形式化分析

时间Petri网存在强语义和弱语义两种模型,弱语义模型更适合建模和分析外部环境触发的冲突选择问题,但其形式语义和可达性分析方面的研究,却很少有人问津。利用带标号的变迁系统定义时间Petri网弱语义模型的形式语义,采用时间戳状态类方法分析它的可达性,并证明了可达性问题的可判性和状态类时间戳的全局时间性质。     

一种从UML模型到可靠性分析模型的转换方法

以构件化的软件开发方法为背景,提出了一种将UML模型自动地转换为可靠性分析模型Markov链的方法.该方法基于构件化的软件体系结构,从UML的用况图、顺序图、活动图和构件图出发,对其进行扩展,在模型中标注了可靠性分析所需的信息.在此基础上,通过构造一个称为构件转移图的中间模型,将标注了可靠性信息的UML模型转换为Markov链.该方法产生的结果能够直接作为现有可靠性相关的数学分析方法的输入,从而使可靠性分析工作变得更加方便、高效.