基于状态约简的顺序图和状态图一致性检测

为了解决系统设计过程中模型一致性问题,提出了一种对UML顺序图和状态图的语义一致性检测方法。该方法对顺序图和状态图一致性进行符号化描述,为一致性检测提供理论基础;提出状态约简规则和状态约简算法,能够减少冗余状态和迁移,证明了状态约简不影响一致性检测;提出改进的UML模型到PROMELA的转换方法并使用SPIN进行验证。实验表明上述方法能够有效地检测顺序图和状态图的一致性,在验证过程中减少冗余状态和迁移,转换后的代码结构简单、执行效率高。     

使用时间化自动机形式化带有时间扩展的UML状态图

严格建模是嵌入式实时系统设计的核心技术，通过UMI。方法与形式化方法结合可以给严格建模提供很好的工具支持。时间化自动机(Timed Automata)是一种用于描述、验证实时系统的理论模型。文中提出了一种通过时间化自动机来形式化带有时间扩展的UML状态图的方法，这种方法为UMI。与形式化方法的结合构造了桥梁作用。带有时间扩展的UML状态图用于嵌入式系统动态模型的建模，从时间化自动机模型得到形式化规范将更容易。UML状态图的形式化分为两部分完成；层次状态图的平面化以及时间化自动机的构造。     

UML顺序图与状态图的一致性检查

用户可使用UML从不同角度对系统进行建模,但不同视图间存在信息冗余,可能导致视图不一致问题。该文针对具有多种逻辑语义的顺序图提出分析方法,为复杂层次结构的状态图引入有限状态自动机,利用自动机分解算法得到自动机树。制定新的顺序图和状态图一致性检查准则和Promela代码结构,用模型检验工具SPIN进行顺序图及其相关状态图的一致性检验。     

采用动态描述逻辑实现UML状态图特性检测

状态图是UML（Unified Modeling Language）语言中刻画对象行为的重要视图，而如何对状态图模型定义的正确性和有效性进行检验一直是一个亟待解决的问题。本文提出采用动态描述逻辑对UML状态图形式化，并利用该逻辑系统的推理能力对状态图相关静态和动态特性进行检测。我们首先将状态图描述为一个形式系统。其中，状态图中的一个状态对应于该形式系统中的一个状态，状态特性及描述被表示为该形式系统中的概念和公理，事件被表示为该形式系统中的动作。然后，我们通过概念测试来检验状态图状态可满足性和冗余性，通过公式可满足性测试来验证状态转移引起的对象特性变化。     

UML模型中并发对象的组合验证

本文在用层次自动机结构化表示UML Statecharts的基础上,定义了UML协同图中并发对象的同步合成,然后根据结构间的模拟关系,研究了对并发对象系统进行组合验证的方法和规则,使有可能在对UML协同图进行模型检验的过程中不必建立系统的全局状态图,以缓解状态爆炸问题。     

UML Statecharts的模型检验方法

统一建模语言UML已广泛应用于软件开发中,验证UML模型是否满足某些关键性质成为一个重要问题.提出了对UML Statecharts进行模型检验的方法.首先用扩展层次自动机结构化地表示UML Statecharts,然后给出其操作语义,通过寻找最大无冲突迁移集可以保证语义的正确性.对于具有无穷运行的系统,该操作语义可以映射到一个Büchi自动机.使用基于自动机理论的模型检验方法来验证UML Statecharts的线性时态逻辑性质,并给出方法验证由Statecharts和协同图建模的复杂多对象系统.     

UML2．0顺序图的一种有穷自动机模型

为了在软件开发早期阶段对UML2．0顺序图模型进行分析和验证,本文给出了UML2．0顺序图的一种有穷自动机模型。首先给出了顺序图在语法和语义上的形式化描述,然后提出了一种使有穷自动机来描述每个对象在顺序图描述的场景中所参与的事件序列的方法,并将该方法扩展到带有组合片段的UML2．0顺序图,最后分析了UML2．0顺序图中的时间建模机制,设计了从UML2．0顺序图中提取时间约束的算法。以上工作为使用模型检测工具UPPAAL对顺序图模型进行进一步的分析与验证奠定了基础。     

元模型层次的UML动态子图到Coq形式规范的转换

UML动态子图主要包括序列图和状态图等,它们在描述系统的行为方面应用广泛,但是半形式化的语义使它们不能直接进行形式化验证。Coq是目前主流的交互式定理证明器,用形式化的Coq规范来描述UML动态子图模型,可以在此基础上进行对模型的属性进行验证等工作。基于现有工作,提出将UML动态子图模型转换为Coq形式规范的框架,在元模型层次给出状态图和序列图的转换规则,介绍算法和原型工具实现。这种元模型层次的转换方法,保证了转换前后的语法正确性,为进一步分析验证提供了基础。     

一种基于描述逻辑的UML模型验证方法

针对UML模型中可能会存在的概念不一致、概念冗余等语义一致性问题,该文提出一种基于描述逻辑的UML模型形式化与模型验证方法。该方法首先采用描述逻辑的子系统SHOIN（D）形式化描述UML类图、状态图以及活动图的基本模型构造,进而将UML模型转换为相应的描述逻辑本体,最终借助现有的本体推理机制验证UML模型的语义一致性问题。该方法可以为下一代的软件CASE工具实现软件模型自动推理和验证提供一种可选的技术方案。     

UML顺序图的自动验证

UML顺序图反映了系统中并发对象之间的消息交互及顺序,在软件建模中占有重要地位。该文对UML顺序图模型的自动验证方法进行了研究,在把UML顺序图转换为Promela语言后,使用模型检验器SPIN来验证系统设计模型是否满足某些关键性质需求。为了加强该方法的适用性,采用可扩展的标记语言XML文件格式定义顺序图模型的外部表示形式,该表示方法遵从OMG的XMI标准,从而使验证过程适用于不同的UML建模环境。     

Automatic Verification of a Behavioural Subset of UML Statechart Diagrams Using the SPIN Model-checker

Statechart Diagrams provide a graphical notation for describing dynamic aspects of system behaviour within the Unified Modelling Language (UML). In this paper we present a translation from a subset of UML Statechart Diagrams - covering essential aspects of both concurrent behaviour, like sequentialisation, parallelism, non-determinism and priority, and state refinement - into PROMELA, the specification language of the SPIN model checker. SPIN is one of the most advanced analysis and verification tools available nowadays. Our translation allows for the automatic verification of UML Statechart Diagrams. The translation is simple, proven correct, and promising in terms of state space representation efficiency. Received September 1999 / Accepted in revised form February 2000     

PROMELA语义引擎执行研究

模型检查工具SPIN的核心是PROMELA语言,对PROMELA语言执行方式的理解决定所描述系统模型的行为方式。该文从语义角度研究了PROMELA语义引擎问题。首先给出PROMELA语法的抽象对象模型形式化定义,然后给出一个算法来实现PROMELA语法到抽象对象模型的映射,描述了PROMELA指称语义。     

模型驱动架构的语义组合Web服务的验证

针对语义Web服务的组合与验证问题,提出了基于模型驱动架构（MDA）的组合方法与基于语义匹配度的匹配方法。组合方法使用UML类图和用例图对OWL-S进行静态组合建模,使用活动图对OWL-S进行动态组合建模。在建模过程中使用基于语义匹配度的匹配方法,选择可用的子Web服务确定最合适的组合Web服务,并将该组合UML模型转化为可验证的Promela语言,使用SPIN工具进行验证,通过验证的UML模型作为模板保存于本体的知识库中以便使用。该模型提高了开发语义Web服务的效率,保证了组合过程的正确性,还能利用模板与语义匹配度实时发现与选择可用的Web服务。     

UML2.0顺序图的时序描述逻辑语义

针对UML2.0顺序图用于对象间交互行为建模时存在动态语义缺乏精确形式化描述的问题,提出一种基于时序描述逻辑的UML2.0顺序图形式化方法。对描述逻辑进行时序扩展,得到可表示动态和时序语义的形式化规范——时序描述逻辑,根据UML2.0新增的交互操作符将UML2.0顺序图分成一个或多个最大顺序片段,通过形式化最大顺序片段和交互操作符得到UML2.0顺序图的时序描述逻辑语义。实例检验结果表明,该方法具有可行性。     

ESpin*：基于SPIN的Eclipse模型检测环境

信息化社会中人们对软件可信性的要求越来越高,传统的测试技术已经不能充分保证系统的安全性,基于模型的形式化验证技术成为解决此类问题的重要途径。SPIN作为典型的模型检测工具,在学术界和工业界都得到了广泛应用。在Eclipse平台上设计并实现了一个基于SPIN的易扩展的模型检测环境ESpin,通过一个优化了的代码分区算法和可迅速支持SPIN升级的文法分析器,构造了一个高效、易扩充的Promela编辑器。编辑器除了支持Promela的全部语法规则外,还提供了包括实时语法反馈、关键字高亮、大纲视图、代码折叠、代码提示、代码补全在内的多种功能,提高了复杂模型的建模效率。ESpin还为用户提供了多种运行模式和特有的向导、配置界面,简化了SPIN的操作过程。     

Petri网模型的扩展与检测

扩展了基本Petri网,提出了更加适合模型检测的MCPN方法,并将MCPN模型转换成模型检测工具SPIN的输入语言——PROMELA。使用SPIN完成对系统模型的检测,以提高软件设计的可靠性。在转换过程中,考虑了对当前情态下处于激活状态的多个变迁的同时激发;并提出了一种处理Petri网公平性问题的解决方案。     

Correct transformation: From object-based graph grammars to PROMELA

Model transformation is an approach that, among other advantages, enables the reuse of existing analysis and implementation techniques, languages and tools. The area of formal verification makes wide use of model transformation because the cost of constructing efficient model checkers is extremely high. There are various examples of translations from specification and programming languages to the input languages of prominent model checking tools, like SPIN. However, this approach provides a safe analysis method only if there is a guarantee that the transformation process preserves the semantics of the original specification/program, that is, that the transformation is correct. Depending on the source and/or target languages, this notion of correctness is not easy to achieve. In this paper, we tackle this problem in the context of Object-Based Graph Grammars (OBGG). OBGG is a formal language suitable for the specification of distributed systems, with a variety of tools and techniques centered around the transformation of OBGG models. We describe in details the model transformation from OBGG models to PROMELA, the input language of the SPIN model checker. Amongst the contributions of this paper are: (a) the correctness proof of the transformation from OBGG models to PROMELA; (b) a generalization of this process in steps that may be used as a guide to prove the correctness of transformations from different specification/programming languages to PROMELA.     

Formal Validation of a High Performance Error Control Protocol Using SPIN

This paper presents the specification and validation of a high performance error control protocol. A formal specification model of the protocol was described using the PROMELA language. Formal analysis of the protocol model was validated using the SPIN validation tool. The uncovering of several subtle properties of the protocol has demonstrated the advantage of employing formal validation methods in designing distributed systems.