基于时态逻辑的UML交互模型检测研究

该文详细介绍了统一建模语言和模型检测技术,在此基础上,该文研究了基于交互自动机和时态逻辑的UML交互模型性质检测方法,提出了模型检测所需的Marking算法。该算法通过对交互自动机全部状态的遍历,检测各状态的时态逻辑公式(CTL公式)的真值,以判断用户设计的UML交互模型是否符合计算机软件系统应满足的性质及规范。     

802.11i双向认证协议的模型检查

确保安全协议的正确性对于保证Internet上安全敏感的业务非常重要。采用形式化方法建模和验证安全协议可以检测到传统测试手段难以发现的错误。模型检查作为形式化验证方法的一种,有着自动化和提供反例等诸多优点。使用模型检查工具SPIN对802.11i双向认证协议EAP-TLS进行验证,提取出包含协议设计重要细节的形式化模型,对协议安全属性采用线性时态逻辑抽象,并验证协议模型是否满足安全属性。提出了一种使用PROMELA建模认证协议的方法。     

多智能体系统时态认知规范高效符号模型检测的算法研究

Clarke和McMillan提出了利用mu演算和OBDDs符号模型检测时态逻辑的方法.这些方法是非常有效的,能用于验证许多具有极大状态空间的实际系统(状态个数可以超过1020).但是,这些方法不能检测知识逻辑.而时态认知逻辑能更精确地描述分布式领域中系统和协议的规范.文章首先讨论了Kripke结构和mu演算的扩展,然后提出了利用扩展mu演算和OBDDs符号模型检测时态认知逻辑的方法.     

基于SAT的软件验证

线性时态逻辑SE-LTL是具有高表达力和基于状态、事件推理能力的并发系统规约语言.目前,SE-LTL的模型检测算法依然是显式的,状态空间爆炸是检测的主要困难.对SE-LTL引入一种有界模型检测技术,该技术将SE-LTL模型检测归约为命题公式的可满足性问题,避免了基于二叉图方法中状态空间的快速增长,加速了验证过程.对SE-LTL-X进一步在该技术中集成stuttering等价技术.实验结果表明该集成有效地降低了验证时间.     

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.     

SOCKET通信程序模型抽取及可靠性验证

形式化方法是验证并发系统可靠性和安全性的重要手段。对高级语言开发的并发系统自动抽取的模型进行 形式化验证是模型检测技术领域中的一个研究热点。鉴于socket函数调用顺序不正确产生的运行时潜在问题(内存 泄漏、死锁、边界数据丢失等),针对顺序结构的socket程序,通过描述Promcla消息数据结构和通道,构建socket函数 的Promcla模型,定义socket函数到Promcla映射规则,提出socket函数调用序列抽取算法及目标Promcla模型生成 算法,用线性时态逻辑(LTI.)刻画socket函数调用顺序应满足的性质,开发基于SPIN的socket通信程序分析系统。 实验结果表明,该系统能有效检测socket通信程序的运行时潜在问题。     

多主体系统时态认知规范的"On the Fly"模型检测算法研究

时态认知逻辑已被广泛应用于分布式系统和协议的规范描述,模型检测时态认知规范已成为一个新的研究领域,因此着重研讨时态认知规范的“On the Fly”模型检测算法．在“On the Fly”模型检测时态逻辑描述规范的基础上,根据自动机理论、深度优先方法和知识的语义,提出了“On the Fly”模型检测时态认知规范的算法,该算法在模型检测带有知识算子的时态规范时,在找到一个反例之前,往往只需构造系统的部分甚至小部分状态空间,从而避免了时态认知规范的模型检测中内存不足和状态爆炸等问题,实现了“On the Fly”模型检测时态认知规范,并且算法的复杂性是多项式时间的．最后,通过该方法在验证TMN密码协议中的应用来作为一个例子说明该方法的有效性．     

分布式软件系统交互行为建模、验证与测试

为了确保分析与设计阶段分布式软件系统中模块之间交互行为的正确性,提出了一种分布式软件系统模块交互的抽象方法,分别通过系统状态机图和对象状态机图对各模块状态变迁进行建模,使用UML2.0序列图对模块之间交互行为进行描述.采用基于命题投影时序逻辑的模型检测技术,将对象状态机图转换为Promela模型,系统交互性质转换为命题投影时序逻辑公式,通过模型检测器验证交互模型是否满足于系统的性质,若不满足于该性质,则能够获得反例执行的路径.给出了一个分布式软件系统测试框架,在验证后的序列图模型基础上,使用基于模型的测试用例自动生成方法得到测试用例集合,该集合能够实现对交互行为的有效测试.实例结果表明,该方法可以提高分布式软件系统中模块交互行为的有效性和可靠性.     

基于COM原理的UML模型信息提取技术

提出了一种提取UML模型信息的方法.UML是一种优秀的建模语言,使用UML可以为软件模型的建立带来很多方便.同时,为了验证模型的一致性,有必要将模型信息提取出来,通过一些成熟的算法进行测试.因此,研究如何从UML图中提取相应的模型信息有其现实意义.利用Rose提供的基于COM技术的REI,实现了从UML文档中自动提取用于软件测试的模型信息.     

定义及验证UML Statechart图中的数据流语义

在传统的UML Statechart图中加入了数据流对象后,因为UML Statechart图缺乏精确的数据流语义,所以不适合应用UML Statechart图对工作流中的数据流进行建模并验证其正确性。为了解决这一问题,选择标记转换系统(LTS)作为语义域,并用结构化操作语义(SOS)分两步定义了UML Statechart图的数据流语义,为工作流中的数据流正确性验证奠定了基础。在此基础上,使用时序逻辑公式表示数据流所需满足的性质,在验证数据流的正确性之前,给出了将它的UML Statechart图模型转化为可达状态迁移图的算法,最后通过模型检测算法验证数据流的正确性。     

基于xMAS模型的SpaceWire信誉逻辑的形式化验证

空间总线(SpaceWire)协议是应用于航空航天领域的高速通信总线协议, 保证其可靠性至关重要。但是由于通信系统具有队列量、分布控制和并发性等特点,传统仿真模拟的验证方法存在不完备性的问题,采用模型检测方法对高层次属性进行验证时,通常会出现状态爆炸的问题。基于xMAS模型对SpaceWire通信系统中的信誉逻辑进行形式化建模、验证,xMAS模型既保留了底层的结构信息,又可以验证高层次的属性。对通信系统中信誉逻辑进行抽象进而建立了xMAS模型,提取了可发送性、可接收性和数据一致性等3个关键属性,运用定理证明工具ACL2对关键属性的正确性进行了自动验证。该方法为验证指导下的系统设计提供了有效的参考。     

基于UML顺序图的面向对象软件簇级测试用例生成

本文提出了一种新的面向对象软件簇级测试用例生成方法。在UML顺序图的基础上,首先从＊．MDL文档中提取出类间的交互信息;然后,依据从UML顺序图中提取出来的类间的交互信息,采用文中给出的算法生成测试用例;最后,将生成的测试用例依据XML文档的格式存储,以便于管理,并通过实例对该测试用例生成方法进行了验证。     

基于标记Büchi自动机的时态描述逻辑ALC-LTL模型检测

时态描述逻辑将描述逻辑的刻画能力引入到命题时态逻辑中,适合于在语义Web环境下对相关系统的时态性质进行刻画.为了对这些时态性质进行高效的验证,在ALC-LTL的基础上研究了时态描述逻辑的模型检测问题.一方面,使用时态描述逻辑ALC-LTL公式来表示待验证的时态规范;另一方面,在对系统建模时借助描述逻辑ALC对领域知识进行刻画.针对上述扩展后得到的模型检测问题,提出了基于自动机的ALC-LTL模型检测算法.模型检测算法由3个阶段组成:首先将时态规范的否定形式和系统模型分别构造成标记büchi自动机;接下来构造这两个自动机的乘积自动机,并将关于ALC的推理机制融入到乘积自动机的构造过程中;最后对该乘积自动机进行判空检测.与LTL模型检测相比,时态描述逻辑ALC-LTL的模型检测引入了描述逻辑的刻画和推理机制,可以在语义Web环境下对语义Web服务等复杂系统的时态性质进行刻画和验证.     

基于UML状态图的模型信息自动提取技术研究

UML是OMG用于软件系统的可视化、详述、构造和文档化的统一建模语言,状态图是UML模型的重要组成部分,用于描述系统的动态行为.在研究Rational Rose及其状态图文档的基础上,提出了通过UML状态图自动提取模型信息的两种方法-基于LALR(1)文法和基于Rose的扩展接口的提取方法,并对两种方法进行了比较分析.自动提取模型信息技术提高了协议测试序列的自动生成效率.     

UML模型检测方法的研究

统一建模语言（UML）是设计和分析软件系统最常用的方法，如何保证UML模型满足某些特性是一个非常重要的问题，而模型检测是一种能够有效提高系统可靠性的自动化技术。研究了使用简单进程元语言解释器（SPIN）对UML模型进行检测的方法。首先对UML模型进行形式化描述，使用层次自动机来描述状态图，然后根据层次自动机的操作语义将状态图和类图的部分信息转化为SPIN的输入语言PROMELA，使用SPIN来验证模型是否满足给定的线性时序逻辑所描述的系统约束，通过LTL公式描述顺序图的方式来验证与状态图之间的一致性问题。项目组基于此方法还开发了一套模型检测工具UMLChecker。     

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。     

服务组合中基于线性逻辑的消息语义匹配

介绍一种自动服务组合模型服务消息语义化匹配验证的方法。该方法先从服务描述中提取服务消息模型和服务行为模型,后将服务行为模型转换为形式化的有限状态自动机。根据有限状态自动机中的服务接口可以转化为本体概念,服务行为可以转换为线性逻辑表达式描述,使用线性逻辑的演绎方法对服务消息的匹配性和可满足性进行验证。同时,对线性逻辑的演绎定理进行适当扩展以适应服务组合的需要。     

多智体系统时态认知规范的模型检测算法

模型检测技术一直以来主要是检验用时态逻辑描述的规范,人们很少注意认知逻辑的模型检测问题,而在分布式系统领域,系统和协议的规范已广泛地采用知识逻辑来描述.着重研讨了时态认知逻辑的模型检测算法.在SMV(symbolic model verifier)模型检测器的基础上,根据知识的语义和集合理论,提出了多种检验知识和公共知识的算法,从而使SMV的检测功能由时态逻辑扩充到时态认知逻辑.这些方法也适用于其他以状态集合作为输出的模型检测方法和工具的功能扩充.     

用LTL模型检验的方法验证SpaceWire检错机制

SpaceWire是应用于航空航天领域的高速通信总线协议,对SpaceWire设计正确性与可靠性要求极高,由于传统的验证方法,存在不完备性等缺陷,对SpaceWire的严格验证一直是备受关注的问题之一。模型检验以其验证的完备性得到设计人员的重视。提出用线性时态逻辑（LTL）模型检验的方法验证SpaceWire系统的检错机制。在检错模块中,该方法与用分支时态逻辑（CTL）验证方法相比,BDD分配数和状态数明显减少,提高了验证效率,还验证了错误优先级;对检错模块处理的五种错误的发生进行验证,验证结果均为正确。该方法实现了对检错机制的完备性验证。     

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。